Question

Ⅰ將a mol的Na₂O₂和bmol NaHCO₃固體混合后，在密閉容器中加熱到250℃，讓其充分反應，假設NaHCO₃分解產生的CO₂與Na₂O₂反應完后，H₂O再與Na₂O₂反應．
（1）當剩余固體只有Na₂CO₃，排出氣體中O₂的物質的量為______（用含a或b的代數式表示）
（2）當時，剩余固體是______，排出氣體是______．
（3）當剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，排出氣體為O₂，H₂O時，的值為______．
（4）當排出的O₂和H₂O為等物質的量時，則的值為______．
Ⅱ實驗研究發現，硝酸發生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．某同學取一定量鐵鋁合金與100mL某濃度的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量（mol）的關系如圖所示（C＞0）．試回答下列問題：
（1）寫出反應過程中的離子反應方程式：
DE段______，
EF段______．
（2）合金中，鋁的質量為______g，鐵的質量為______g．
（3）硝酸溶液的物質的量濃度為______mol?L^-1
（4）C的值為______mL．

Answer 1

解：（1）當剩余固體只有碳酸鈉時，則過氧化鈉恰好和二氧化碳完全反應，發生的反應方程式為2NaHCO₃+Na₂O₂ 2Na₂CO₃+H₂O+O₂，所以排出氣體中O₂的物質的量是過氧化鈉的一半為mol，故答案為：mol；
（2）當時，發生的化學反應為2NaHCO₃+2Na₂O₂ 2Na₂CO₃+2NaOH+O₂，過氧化鈉有剩余，碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳和水完全反應，固體中含有Na₂CO₃、NaOH、Na₂O₂，排出氣體為O₂，故答案為：Na₂CO₃、NaOH、Na₂O₂；排出氣體為O₂；
（3）當剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，排出氣體為O₂，H₂O時，說明過氧化鈉、二氧化碳完全反應，水部分反應，發生的反應是①②③，則的值為，故答案為：；
（4）2NaHCO₃ Na₂CO₃+H₂O+CO₂ ①
2 1 1
b
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ ②
2 2 1

2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂ ③
2 2 1
x x
排出的水為-x，氧氣的量為 ，當排出的O₂和H₂O為等物質的量時，則 -x=，x=，所以a=，所以=，故答案為：；
Ⅱ鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后，由圖知繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發生了反應，則隨著NaOH的滴加，發生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（1）D與E一段沉淀的質量沒有發生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，反應的離子方程式為，NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
E與F之間沉淀的量減少，肯定是因為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，反應的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，
其反應方程式為Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
氫氧化鋁與氫氧化鈉物質的量之比為1：1，
EF段的n（NaOH）=4mol/L×2×10^-3L=0.008mol，
Al-----Al（OH）₃----NaOH→NaAlO₂+2H₂O
27g 1mol
0.216g 0.008mol
所以鋁的質量是0.216g；
D與E一段氫氧化鈉被消耗，
但沒有和氫氧化鋁反應，從題干中可以知道
硝酸反應沒有氣體產生，由此可以肯定還原產物為硝酸銨．
DE段分析如下，是NH₄NO₃和NaOH反應
NH₄NO₃～NaOH
1 mol 1mol
n（NH₄NO₃）=n（NaOH）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012mol 所以鐵和鋁開始和硝酸反應的時候生成三價離子，N元素變成銨根離子
鐵離子和鋁離子失去3e，N元素從+5變成-3價得8e
設鐵有xmol，Al離子也是0.008mol，NH₄⁺有0.012mol，根據電子守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8
x=0.024mol，
所以鐵離子有0.024mol，根據原子守恒知，鐵的物質的量是0.024mol，其質量=0.024mol×56g/mol=1.344g，
故答案為：0.216；1.344；
（3）E點時，溶液中的溶質是硝酸鈉和氨水，n（NH₃?H₂O ）=n（NH₄⁺）=0.012mol，n（NaNO₃）=n（NaOH）=34×10^-3L×4mol/L=0.136mol，根據氮原子守恒知，C（HNO₃）===1.48mol/L，故答案為：1.48；
（4）滴加NaOH體積為31ml時，
發生反應為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
可計算得出C點氫氧化鈉溶液的體積為
31ml-×10³ml/L=7mL．
故答案為：7．
分析：Ⅰ此題實質上是分析發生的連續反應的分段情況．
2NaHCO₃ Na₂CO₃+H₂O+CO₂ ①
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ ②
2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂ ③
當發生反應①、②且完全反應時，則有Na₂CO₃、H₂O和O₂，；若Na₂O₂不足，則CO₂有剩余，則＜．
當發生反應①、②、③且完全反應時，a=b，=1，有Na₂CO₃、NaOH和O₂；若Na₂O₂不足以與水完全反應，則水蒸氣有剩余，＜1；若Na₂O₂有剩余，則＞1．
Ⅱ鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后，由圖知繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發生了反應，則隨著NaOH的滴加，發生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（1）D與E一段沉淀的質量沒有發生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，以此書寫離子方程式；
（2）根據曲線的變化判斷出各段反應，根據消耗的氫氧化鈉的體積和反應方程式計算反應后溶液含有鐵離子和鋁離子的物質的量，再根據原子守恒計算鋁和鐵的質量；
（3）根據E點溶液中的溶質結合原子守恒計算硝酸的物質的量濃度；
（4）根據消耗NaOH的總體積，結合在D點氫氧化鈉與硝酸、鋁鐵離子的反應，可計算得出C點氫氧化鈉溶液的體積．
點評：本題考查金屬與硝酸的反應、氧化還原反應、化學計算等知識點，屬于中等難度試題，解答此題關鍵是判斷出硝酸的還原產物以及電子轉移守恒的運用．