Question

3．某中学有甲、乙两个探究性学习小组，他们拟用小颗粒状铝硅合金与足量稀硫酸的反应测定通常状况（约20℃，1.01×10⁵ Pa）下气体摩尔体积．
（1）甲组同学拟选用下列实验装置如图1完成实验：

①该组同学必须选用的装置的连接顺序是A接E、D接G、不填接不填（填接口字母，可不填满）；
②实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，一会儿后稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶．请你帮助分析原因镁、铝与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大；
③实验结束时，该组同学应怎样测量实验中生成氢气的体积？待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即氢气在通常状况时的体积．
（2）乙组同学仔细分析甲组同学的实验装置后，认为：稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小．于是他们设计了如图2所示的实验装置．
①导管a的作用：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差
②实验中准确测得4个数据：实验前铝硅合金的质量为m₁g，实验后残留固体的质量为m₂g，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁mL、V₂mL．则通常状况下气体摩尔体积V_m=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

Answer 1

分析 （1）①装置的组装顺序：合金与水反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部；
②根据镁、铝与稀硫酸反应放热且生成气体使锥形瓶中气体压强变大分析；
③保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等是读取示数的关键点，必须满足量筒中的液面与广口瓶的液面相平，读数时一定要平视读数；
（2）①导管a能够使锥形瓶和分液漏斗中的压强相等，据此分析对稀硫酸顺利等下的影响及对测定氢气体积的影响；
②硅铝合金中，只有金属铝可以和硫酸反应产生氢气，硅和硫酸之间不反应，根据化学反应中量的关系来计算即可．

解答 解：（1）①装置的组装顺序：合金酸水反应，用排水量气法测定氢气的体积，其中盛水的试剂瓶导管一定要短进长出，利用增大压强原理将水排出，量筒中水的体积就是生成氢气的体积，量筒内导管应伸入量筒底部，故连接顺序为：（A）接（E）（D）接（G）；
故答案为：E；D；G；
②铝与稀硫酸反应产生的氢气使锥形瓶内气压增大，锥形瓶内的压强大于大气压，所以稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中，
故答案为：镁、铝与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大；
③实验结束时，该组同学测量实验中生成氢气的体积方法为：待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即氢气在通常状况时的体积，
故答案为：待实验装置冷却后，上下移动量筒，使其中液面与广口瓶中液面相平，再平视读取量筒中水的体积，即氢气在通常状况时的体积；
（2）①装置中导管a的作用是：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下，滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差，
故答案为：保持分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差；
②实验前铝硅合金的质量m₁ g，实验后残留固体的质量m₂ g，则金属铝的质量是m₁-m₂，实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁ mL、V₂ mL，产生气体体积为（V₂-V₁）ml即产生的气体物质的量是$\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$，根据化学反应原理：
     2Al～3H₂↑
    2        3
$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{27}$   $\frac{（{V}_{1}-{V}_{2}）×1{0}^{-3}}{{V}_{m}}$
解得Vm=$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1，
故答案为：$\frac{18（{V}_{1}-{V}_{2}）}{1000（{m}_{1}-{m}_{2}）}$L•moL^-1．

点评 本题主要考查物质含量的测定、对实验原理与装置的理解、实验方案设计等，为高考常见题型，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合考查，需要学生具有知识的基础与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．