Question

某鋁合金中含有鎂、銅、硅，為了測定研究它的抗腐蝕性能和測定合金中鋁的含量，某研究性學習小組設計了如下實驗：
（一）探究鋁合金的抗腐蝕性能
①向一只小燒杯里加入20mL0.5mol/LCuSO₄溶液，把一小塊鋁合金浸入溶液中，1～2分鐘后將鋁片取出，觀察鋁片表面的現象
②取1只試管，加入10mL2mol/LNaOH溶液，將一塊鋁片放入NaOH溶液里，片刻取出后，用蒸餾水沖洗后浸入CuSO₄溶液里．1～2分鐘后將鋁片取出，觀察鋁片表面的現象
實驗①鋁片沒有變化，實驗②鋁片表面的現象是______
發生此現象的原因是______
（二）測定鋁合金中的鋁的百分含量
①取該樣品a克，將樣品溶于足量的稀鹽酸中，過濾；
②在濾液中加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾；
③往第②步的濾液中通入足量的CO₂，過濾，將沉淀用蒸餾水洗滌后，烘干并灼燒至質量不再減少為止，冷卻后稱量，質量為b克．
回答下列問題：
（1）在第①步操作中溶解所使用的玻璃儀器為玻璃棒、______，濾液中主要含有Mg²⁺、Na⁺、______和Cl^-離子；
（2）在第②步操作中氫氧化鈉溶液需要過量的原因是______，寫出該步驟中生成沉淀的離子方程式______
（3）第③步灼燒過程中可在下列哪種儀器中進行______
A．燒杯　　　B．試管　　　C．坩堝　　　 D．蒸發皿
（4）第③步灼燒后得到的固體是______
（5）合金中鋁的質量分數是______．

Answer 1

解：（一）根據鋁表面有一層致密的氧化物，該氧化物與CuSO₄ 溶液不反應，氫氧化鈉溶液能除去表面的氧化膜：
Al₂O₃+2NaOH=NaAlO₂+2H₂O，內層的鋁與硫酸銅發生置換反應生成金屬銅：2Al+3CuSO₄=Al₂（SO₄）₃+3Cu，銅的顏色為紅色；故答案為：鋁片表面有亮紅色的固體附著；因為鋁片有一層致密的氧化物保護膜，可以阻止內部的金屬鋁與CuSO₄反應，當鋁片事先放入氫氧化鈉溶液后，這層氧化膜被破壞，金屬鋁與硫酸銅發生置換反應生成了金屬銅．　　�。ǘ�）（1）因溶解需要的儀器有：燒杯、玻璃棒；將樣品溶于足量的稀鹽酸中，銅、硅與鹽酸不反應，鎂和鋁與鹽酸反應：Mg+2HCl═MgCl₂+H₂↑，2Al+6HCl═2AlCl₃+3H₂↑，過濾除去銅、硅，由于鹽酸足量，所以，濾液中的成分為：
MgCl₂、AlCl₃、HCl，濾液中主要含有Mg²⁺、Na⁺、Al³⁺ 和Cl^-離子；故答案為：燒杯；Al³⁺；
（2）因過量的氫氧化鈉溶液發生的反應有：HCl+NaOH=NaCl+H₂O，2NaOH+MgCl₂=Mg（OH）₂↓+2NaCl，
AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O，實現了和 Mg（OH）₂沉淀的分離，
故答案為：使Al³⁺全部變成AlO₂^-離子； Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（3）因灼燒過程中需要的儀器有：坩堝、坩堝 鉗、酒精燈、泥三角、三腳架等，故答案為：C．
（4）因濾液中含有NaAlO₂，通入足量的CO₂發生反應：NaAlO₂+CO₂+H₂O=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，沉淀為Al（OH）₃，灼燒時發生反應：2Al（OH）₃Al₂O₃+3H₂O；故答案為：Al₂O₃；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。�5）因鋁在反應前后守恒，最后得到的固體Al₂O₃中鋁的質量就是鋁合金中的鋁的質量，則鋁的質量為
bg×=g，所以樣品中鋁的質量分數為：×100%=%，
故答案為：×100%．
分析：（一）因鋁表面有一層致密的氧化物，該氧化物與CuSO₄溶液不反應，若用氫氧化鈉除去表面的氧化膜，內層的鋁與硫酸銅發生置換反應生成金屬銅；
（二）（1）根據溶解所需要的玻璃儀器；根據濾液的成分；
（2）根據過量的堿與Al³⁺反應生成AlO₂^-；根據Mg²⁺與OH^-反應；
（3）根據灼燒所需要的儀器；
（4）根據偏鋁酸鈉與足量的CO₂反應生成氫氧化鋁沉淀，氫氧化鋁不穩定加熱易分解；
（5）根據鋁守恒，最后得到的固體Al₂O₃中鋁的質量就是鋁合金中的鋁的質量，最后求出鋁的質量分數．
點評：對于NaAlO₂與CO₂的化學反應方程式，有過量和少量之分，書寫時注意區分．