Question

含镁3%-5%的镁铝合金，现已成为轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原材料．现有一块已知质量为m₁g的镁铝合金，欲测定其中镁的质量分数，几位同学设计了以下三种不同的实验方案：
实验设计1：
镁铝合金

①足量盐酸

溶液

②过量NaOH溶液

过滤

得到沉淀的质量为m₂g；
实验设计2：
镁铝合金

足量的NaOH溶液

生成的气体在标准状况下的体积为V₁L．
实验设计3：
镁铝合金

足量盐酸

生成的气体在标准状况下的体积为V₂L．
请回答以下问题：
（1）写出实验设计1中单质铝发生反应的离子方程式：

2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-?

（2）写出实验设计2中反应的离子方程式：

2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑

（3）判断这几种实验设计能否求出镁的质量分数，能求出的用题目提供的数据将镁的质量分数表示出来，不能求出的就空着不填．
①实验设计1

24m1

58m2

×100%

②实验设计2

(1-

9V1

11.2m1

)×100%

③实验设计3

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%

．

Answer 1

分析：（1）实验设计1中单质铝发生反应有：金属铝与盐酸反应、铝离子和氢氧化钠反应；
（2）实验设计2中铝和氢氧化钠溶液反应生成氢气和偏铝酸钠；
（3）①m₂g沉淀是氢氧化镁的质量，根据镁原子守恒计算出镁的质量分数；
②体积为V₁L是铝与氢氧化钠溶液反应生成的氢气，m₁g根据氢气的物质的量计算出铝的物质的量，再求出镁的质量分数；
③V₂L是镁和铝与酸反应生成的氢气体积，利用m₁g和氢气的物质的量列出方程求解即可．

解答：解：（1）实验设计1中单质铝发生反应的离子方程式有：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-，
故答案为：2Al+6H⁺═2Al³⁺+3H₂↑?、Al³⁺+4OH^-═[Al（OH）₄]^-或Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓?Al（OH）₃+OH^-═[Al（OH）₄]^-?；（2）实验设计2中发生的离子反应是：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑?，
故答案为：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑??；
（3）①氢氧化镁的物质的量为：

m2

58

mol，根据镁原子守恒，合金中金属镁的质量分数为：

m2 58 ×24

m1

×100%=

24m1

58m2

×100%，
故答案为：

24m1

58m2

×100%；
②标准状况下的体积为V₁L为铝与氢氧化钠溶液反应生成的，根据方程式：2Al+2OH^-+6H₂O═2[Al（OH）₄]^-+3H₂↑，n（Al）=

2

3

n（H₂）=

2

3

×

V1

22.4

mol，合金中金属铝的质量分数为：

2 3 × V1 22.4 ×27

m1

×100%=

9V1

11.2m1

×100%，合金中铝的质量分数是：1-

9V1

11.2m1

×100%=(1-

9V1

11.2m1

)×100%，

故答案为：(1-

9V1

11.2m1

)×100%；
③设镁的物质的量为xmol，铝的物质的量为ymol，则24x+27y=m₁，
根据生成氢气的体积标准状况下的体积为V₂L，可以列式：（x+1.5y）×22.4=V₂，
解得x=

m1

6

-

3V2

22.4

，所以镁铝合金中镁的质量分数是：

( m1 6 - 3V2 22.4 )×24

m1

×100%=

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%，
故答案为：

44.8m1-36V2

11.2m1

×100%．

点评：本题考查镁和铝的化学性质、化学实验方案的设计，物质含量测定、化学计算等，难度中等，掌握镁和铝的化学性质是解题的关键．