Question

12．现有一块已知质量为mg的镁铝合金，欲测定其中铝的质量分数，几位同学设计了以下几种不同的实验方案：
方案Ⅰ：镁铝合金$\stackrel{足量NaOH溶液}{→}$过滤、洗涤、干燥→测定剩余固体质量m₁g
方案Ⅱ：镁铝合金$\stackrel{足量盐酸}{→}$生成气体在标准状况下的体积为VL
方案Ⅲ：镁铝合金$\stackrel{足量盐酸}{→}$溶液$\stackrel{足量NaOH溶液}{→}$过滤、洗涤、干燥→测定沉淀质量m₂g
请回答以下问题：
（1）上述方案能测定出铝的质量分数的是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过滤得到沉淀没有洗涤、干燥，测得铝的质量分数会偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
（3）某同学综合上述方案，设计如图1所示的实验步骤，确定合金组成．

①用字母m、n表示合金中铝的质量分数为$\frac{5m-3n}{5m}$．
②若合金中Al的物质的量分数为x，金属总物质的量为6mol，试在图2中作出y随x变化的曲线．当y=7.5mol时，该合金中镁铝的原子数之比为1：1．

Answer 1

分析 （1）实验设计Ⅰ：只有铝与氢氧化钠溶液反应，生成氢气，体现还原性，根据合金的质量和氢气的体积可求出镁的质量分数；
实验设计Ⅱ：Mg、Al均与盐酸反应，生成H₂，体现还原性，根据合金的质量和氢气的体积可求出镁的质量分数；
实验设计Ⅲ：Mg、Al与盐酸反应后，再加入过量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根据Mg（OH）₂沉淀的质量，可求出镁的质量分数；
（2）如果方案Ⅲ过滤得到沉淀没有洗涤、干燥，则测得的Mg（OH）₂沉淀的质量偏大，据此分析；
（3）①合金加入过量氢氧化钠得到的沉淀为氢氧化镁，灼烧后可得到氧化镁，根据氧化镁的质量可知镁的质量，结合样品的质量则可知铝的质量分数；
②利用端值法判断；
③当y=8.5mol时，该合金是一种金属互化物，设合金中Mg为m mol，Al为n mol，则m+n=7  m+1.5n=8.5，解得m=4，n=3．

解答 解：（1）实验设计Ⅰ：只有铝与氢氧化钠溶液反应，生成氢气，体现还原性，根据合金的质量和氢气的体积可求出镁的质量分数；
实验设计Ⅱ：Mg、Al均与盐酸反应，生成H₂，体现还原性，根据合金的质量和氢气的体积可求出镁的质量分数；
实验设计Ⅲ：Mg、Al与盐酸反应后，再加入过量NaOH溶液，Mg²⁺生成Mg（OH）₂沉淀，Al³⁺生成NaAlO₂溶液，根据Mg（OH）₂沉淀的质量，可求出镁的质量分数，
所以上述三个方案都能测定出铝的质量分数，故选A；
（2）如果方案Ⅲ过滤得到沉淀没有洗涤、干燥，则测得的Mg（OH）₂沉淀的质量偏大，所以测得镁的质量分数会偏大，即测得铝的质量分数偏小，
故答案为：偏小；
（3 ）①合金加入过量氢氧化钠得到的沉淀为氢氧化镁，灼烧后可得到氧化镁，根据氧化镁的质量ng，可知镁的质量为$\frac{24}{40}$×ng=0.6ng，所以铝的质量分数为$\frac{mg-0.6ng}{mg}$=$\frac{5m-3n}{5m}$，
故答案为：$\frac{5m-3n}{5m}$；
②Al的物质的量分数为x，金属总物质的量为6mol，如x=0，则全被为镁，6mol镁反应生成6mol氢气，如x=1，则全被为铝，则6mol铝生成氢气9mol，则图象为，当y=7.5mol时，该合金是一种金属互化物，设合金中Mg为m mol，Al为n mol，则m+n=6  m+1.5n=7.5，解得m=3，n=3，所以该合金中镁铝的原子数之比为1：1，
故答案为：；1：1．

点评 本题考查化学实验方案的评价，涉及镁和铝的化学性质、化学实验方案的设计，物质含量测定、化学计算等，掌握镁和铝的化学性质是解题的关键，侧重于考查学生的实验能力和分析能力，注意根据物质的性质进行判断，题目难度中等．