Question

【題目】某同學對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱《化學手冊》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔點、沸點數據如下：

物質	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2054	1535	1462
沸點/℃	2467	2980	2750	--

I.該同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。理由是：該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。請你設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是_______，反應的離子方程式為____________________________。

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。某同學取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應，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。試回答下列問題：

（1）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發生反應的離子為：___________________。

（2）在DE段，沉淀的物質的量沒有變化，則此階段發生反應的離子方為_________。

（3）當c=13mL時，原溶液中Fe3+與Al3+的物質的量之比為________________________。

Answer 1

【答案】NaOH 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ H+OH-=H2O NH4++OH-=NH3+H2O 2:1

【解析】

I．金屬鋁能和強堿溶液反應生成氫氣而鐵不能，可以用NaOH溶液檢驗鋁的存在。

Ⅱ．鐵、鋁和硝酸反應無氣體放出，猜測硝酸的還原產物有可能是銨根離子。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。在反應結束后的溶液中，逐滴加入氫氧化鈉溶液，根據圖像可知，溶解金屬的硝酸是過量的，開始階段發生的是酸堿中和反應，從C點開始有沉淀生成，到D點沉淀達到最多，再加NaOH溶液，沉淀不再變化，說明此時發生的是銨根離子和OH-反應生成NH3·H2O，再加NaOH溶液，Al(OH)3會溶解。

I.鋁能溶于氫氧化鈉溶液中，而鐵不能，據此可以鑒別，反應的離子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。

II(1)圖中OC段沒有沉淀生成，說明硝酸過量，所以反應的方程式是H++OH-=H2O。

（2）由于溶液中的金屬陽離子首先和氫氧化鈉反應，當沉淀達到最大值時，氫氧化再和溶液中的NH4＋反應，所以DE段反應的方程式是NH4+ +OH-=NH3·H2O。

（3）氫氧化鋁是兩性氫氧化物，能溶于氫氧化鈉中，所以EF段是溶解氫氧化鋁的，方程式是Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，因此故圖像可知，消耗氫氧化鈉是2ml，物質的量是0.008mol，則氫氧化鋁就是0.008mol。因此生成氫氧化鋁消耗的氫氧化鈉是0.024mol，所以和鐵離子反應的氫氧化鈉是0.018L×4mol/L－0.024mol＝0.048mol，所以鐵離子的物質的量是0.016mol，因此原溶液中Fe3+與Al3+的物質的量之比為2︰1。