Question

11．為測定鎂鋁合金（不含其它元素）中鎂的質量分數，某研究性學習小組設計了下列實驗方案進行探究．請回答下列問題：

實驗裝置：如圖2
實驗步驟：
①按如圖2連接好裝置
②稱取兩份質量均為a g 的鎂鋁合金樣品粉末，分別放入A裝置左右兩個管中，向B裝置中加入一定量的水，把裝置A、B的膠塞塞好，然后調節C的高度使B和C中的液面相平，記下此時的讀數為V₁ml
③用潔凈的注射器向裝置A左側管中加入足量的稀鹽酸，等不再有氣泡產生時，調節裝置C的高度，使B和C中的液面相平時記下此時的讀數為V₂ ml
④另取一潔凈的注射器向裝置A右側管中加入足量的稀NaOH溶液，等不再有氣泡產生時，調節裝置C的高度，使B和C中的液面相平時記下此時的讀數為V₃ ml
問題和討論：
（1）上述實驗步驟①和②之間必須加一步檢查氣密性的操作，具體方法為向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發生變化則氣密性良好
（2）為使該實驗方案測定結果盡可能準確，實驗中應注意的問題是（只需寫出一點）合金完全溶解（或加入足量鹽酸，或調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積等合理答案）
（3）若a=0.30、V₁=112、V₂=448、V₃=672，合金中鎂的質量分數為40%
（4）某同學認為此實驗可以省略步驟③也可以測出合金中鎂的質量分數，他的評價是否合理，說出理由合理，合金中只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，可以根據反應生成的氫氣的量計算出鋁的量，從而計算出鎂的質量分數．

Answer 1

分析 （1）實驗目的是通過測量氣體體積計算合金中鎂的質量分數，所以必須確保裝置氣密性良好；可以向C中進入少量水，根據液面變化判斷裝置氣密性；
（2）合金是否完全溶解（或加入足量鹽酸，或調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積）等會影響測定結果；
（3）鎂、鋁都與稀硫酸反應，二者生成氫氣總體積為V₂-V₁，據此計算出氫氣的物質的量，然后分別根據合金質量、生成氫氣的量列式計算出二者的物質的量，再計算出鎂的質量及質量分數；
（4）鎂不與氫氧化鈉溶液反應，可以根據生成的氫氣計算出鋁的物質的量，再計算出鋁的質量分數，從而可以得出合金中鎂的質量分數，所以可以省略③．

解答 解：（1）分析流程和步驟可知，該實驗目的是通過測定氣體體積的方法測定合金質量分數，故裝置需要氣密性完好，應對裝置進行氣密性檢查，檢查方法為：向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發生變化則氣密性良好；
故答案為：檢查氣密性；向C中加入一定量水，然后提高C使其中液面高于B，靜置一會兒，若液面不發生變化則氣密性良好；
（2）為使該實驗方案測定結果盡可能準確，則必須保證合金完全溶解（或加入足量鹽酸），還要調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積等，
故答案為：合金完全溶解（或加入足量鹽酸，或調整量氣管C的高度，使C中液面與B液面相平，待冷卻至室溫再讀體積等合理答案）；
（3）每份合金的質量a=0.30g，根據題中信息可知，進入足量稀硫酸后鎂、鋁都與稀硫酸反應，生成氫氣總體積為：448mL-112mL=336mL，生成氣體的物質的量為：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，設鎂的物質的量為x、鋁的物質的量為y，則24x+27y=0.3、x+1.5y=0.015mol，解得：y=$\frac{0.02}{3}$mol、x=0.005mol，則合金中鎂的質量為：24g/mol×0.005mol=0.12g，則合金中鎂的質量分數為：$\frac{0.12g}{0.3g}$×100%=40%，
故答案為：40%；
（4）步驟④中的氫氣為鋁與氫氧化鈉溶液反應生成的，可以根據氫氣的體積計算出氫氣的物質的量，然后計算出鋁的物質的量、質量，從而得出合金中鎂的質量及質量分數，所以可省略③，
故答案為：合理，合金中只有鋁與氫氧化鈉溶液反應，可以根據④中生成的氫氣的量計算出鋁的量，從而計算出鎂的質量分數．

點評 本題考查了探究物質組成及含量的方法，題目難度中等，明確探究原理為解答關鍵，注意掌握常見的化學實驗基本操作方法，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．