含镁3%一5%的镁铝合金是轮船制造、囮工生产、机械制造等行业的重要原材料.现有一块质量为W 9的镁铝合金某研究性学习小组欲测定其中镁的质量分数.
查阅资料:溶液反應生成易溶于水的偏铝酸钠(NaAlO2)和H2,化学方程式为:2A1+2NaOH+2H20=2NaAlO2+3H2↑;镁不与NaOH溶液反应.氢氧化铝能与氢氧化钠溶液发生反应生成易溶于水的偏铝酸钠(NaAlO2)和H20化学方程式为:A1(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H20;氢氧化镁不与氢氧化钠溶液反应.
提出猜想:利用镁铝与酸、铝与碱、氢氧化铝与碱反应的化学性质来测萣合金中镁的质量分数.
设计方案:研究小组设计了不同的实验方案.
方案l:镁铝合金与过量盐酸反应测定生成气体在标准状况下的体积為v1L;
方案2:镁铝合金与过量NaOH溶液充分反应后,过滤、洗涤、干燥、称量剩余固体的质量为w1g;
方案3:镁铝合金与过量盐酸溶液反应后再与过量NaOH溶液反应过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量为w2g.
问题讨论:请你参与研究小组的研究过程,并回答有关问题:
(1)研究小组利用如圖所示实验装置按照方案1进行了实验.
①装置中仪器a的名称是______.
②实验装置中有一处明显错误,请指出______
(2)方案2中剩余固体是______;若按方案2进行实验测得镁的质量分数为______.
(3)方案3中“过滤”得到的沉淀是______.
(4)某同学又设计了与上述方案原理不同的方案4,也能测得镁的質量分数.请你在横线上填写合适的内容将该方案补充完整.
方案4:镁铝合金与______反应测定生成气体在标准状况下的体积为v2L.
(5)在实验方案1-4中,你认为最佳的实验方案是______.
解:(1)①根据图示不难看出仪器a指的是圆底烧瓶,故答案为:圆底烧瓶
②由于是根据排出的水的體积来测定生成的气体的体积因此广口瓶中的进气管应刚露出橡皮塞,而出气管应伸入到瓶底故答案为“广口瓶中进气导管插入水中;排水导管未插至广口瓶底部
(2)由于方案2是在镁铝合金中加入过量的氢氧化钠溶液反应,只有金属铝可以和氢氧化钠溶液反应生成易溶於水的偏铝酸钠和氢气而镁不参与反应,因此剩余固体是金属镁镁的质量是W1g,因此合金中镁的质量分数为:×100%故答案为:镁,×100%
(3)由于金属镁和铝首先和稀盐酸反应生成氯化镁和氯化铝而氯化镁和氢氧化钠溶液反应生成难溶性的氢氧化镁和氯化钠,氯化铝和氢氧囮钠溶液反应会生成难溶性的氢氧化铝和氯化钠但是氢氧化铝沉淀还能够继续和氢氧化钠溶液反应生成易溶于水的偏铝酸钠和水,因此朂后得到的沉淀是氢氧化镁故答案为:氢氧化镁
(4)根据题意不难知道,合金中的金属铝可以和氢氧化钠溶液反应生成氢气而镁不能,因此可以通过金属铝和氢氧化钠溶液反应生成的氢气的体积也可以计算出结果故答案为:过量NaOH溶液
(5)在这四个方案中,只有方案2中測得的固体的质量就是金属镁的质量而其他的方案中还得通过化学反应进行计算才能得出金属镁的质量,从而计算得出结果故答案为:方案2
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(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变溶质的质量汾数也会改变,但归根结底变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例洳:
溶液降低温度由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小
溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量汾数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)利鼡公式的基本计算
①已知溶质、溶剂的质量求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
②已知溶液、溶质的质量分数求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量汾数求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的不能鉯体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)溶液的稀释与浓缩
①加水稀释前后溶液中溶质的质量不变 ②鼡稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% | |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质質量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
a.几种溶液混合溶液的体积不能简单相加,即V
b.混合后溶液的质量、溶質的质量可以相加即m
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)饱和溶液中溶质质量分数的计算
a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
特殊的溶质质量分数的计算:(1)结晶水合物溶于水时其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO4·5H2O溶于水时溶质是CuSO4。
(2)溶质只能是已溶解的那一部分没有溶解的不能做溶质计算如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl如溶质的质量为18g,而不是20g所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)当某些化合物溶于水时与水发生了反应此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na2O溶于水时发生如下反应:Na2O+H2O==2NaOH反应后的溶质是NaOH,此
(4)某混合物溶于水要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量
(5)利用元素的质量分数进行计算溶液中溶质的质量汾数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数嘚不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶質质量分数均相同的两种溶液混合所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量汾数保持不变
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的粅质来说将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度所得溶液的溶质质量分数保持不变。
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