Question

12．現有一塊已知質量為mg的鎂鋁合金，欲測定其中鋁的質量分數，幾位同學設計了以下幾種不同的實驗方案：
方案Ⅰ：鎂鋁合金$\stackrel{足量NaOH溶液}{→}$過濾、洗滌、干燥→測定剩余固體質量m₁g
方案Ⅱ：鎂鋁合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$生成氣體在標準狀況下的體積為VL
方案Ⅲ：鎂鋁合金$\stackrel{足量鹽酸}{→}$溶液$\stackrel{足量NaOH溶液}{→}$過濾、洗滌、干燥→測定沉淀質量m₂g
請回答以下問題：
（1）上述方案能測定出鋁的質量分數的是A
A．都能                  B．Ⅰ不能，Ⅱ和Ⅲ能
C．Ⅱ不能，Ⅰ和Ⅲ能        D．Ⅰ和Ⅱ不能，Ⅲ能
（2）如果方案Ⅲ過濾得到沉淀沒有洗滌、干燥，測得鋁的質量分數會偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）
（3）某同學綜合上述方案，設計如圖1所示的實驗步驟，確定合金組成．

①用字母m、n表示合金中鋁的質量分數為$\frac{5m-3n}{5m}$．
②若合金中Al的物質的量分數為x，金屬總物質的量為6mol，試在圖2中作出y隨x變化的曲線．當y=7.5mol時，該合金中鎂鋁的原子數之比為1：1．

Answer 1

分析 （1）實驗設計Ⅰ：只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計Ⅱ：Mg、Al均與鹽酸反應，生成H₂，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計Ⅲ：Mg、Al與鹽酸反應后，再加入過量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根據Mg（OH）₂沉淀的質量，可求出鎂的質量分數；
（2）如果方案Ⅲ過濾得到沉淀沒有洗滌、干燥，則測得的Mg（OH）₂沉淀的質量偏大，據此分析；
（3）①合金加入過量氫氧化鈉得到的沉淀為氫氧化鎂，灼燒后可得到氧化鎂，根據氧化鎂的質量可知鎂的質量，結合樣品的質量則可知鋁的質量分數；
②利用端值法判斷；
③當y=8.5mol時，該合金是一種金屬互化物，設合金中Mg為m mol，Al為n mol，則m+n=7  m+1.5n=8.5，解得m=4，n=3．

解答 解：（1）實驗設計Ⅰ：只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計Ⅱ：Mg、Al均與鹽酸反應，生成H₂，體現還原性，根據合金的質量和氫氣的體積可求出鎂的質量分數；
實驗設計Ⅲ：Mg、Al與鹽酸反應后，再加入過量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根據Mg（OH）₂沉淀的質量，可求出鎂的質量分數，
所以上述三個方案都能測定出鋁的質量分數，故選A；
（2）如果方案Ⅲ過濾得到沉淀沒有洗滌、干燥，則測得的Mg（OH）₂沉淀的質量偏大，所以測得鎂的質量分數會偏大，即測得鋁的質量分數偏小，
故答案為：偏��；
（3 ）①合金加入過量氫氧化鈉得到的沉淀為氫氧化鎂，灼燒后可得到氧化鎂，根據氧化鎂的質量ng，可知鎂的質量為$\frac{24}{40}$×ng=0.6ng，所以鋁的質量分數為$\frac{mg-0.6ng}{mg}$=$\frac{5m-3n}{5m}$，
故答案為：$\frac{5m-3n}{5m}$；
②Al的物質的量分數為x，金屬總物質的量為6mol，如x=0，則全被為鎂，6mol鎂反應生成6mol氫氣，如x=1，則全被為鋁，則6mol鋁生成氫氣9mol，則圖象為，當y=7.5mol時，該合金是一種金屬互化物，設合金中Mg為m mol，Al為n mol，則m+n=6  m+1.5n=7.5，解得m=3，n=3，所以該合金中鎂鋁的原子數之比為1：1，
故答案為：；1：1．

點評 本題考查化學實驗方案的評價，涉及鎂和鋁的化學性質、化學實驗方案的設計，物質含量測定、化學計算等，掌握鎂和鋁的化學性質是解題的關鍵，側重于考查學生的實驗能力和分析能力，注意根據物質的性質進行判斷，題目難度中等．