Question

【題目】某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究。現行高中化學教材中對“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的熔點、沸點數據如下：

Ⅰ.(1)某同學推測，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。你認為他的解釋是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。

(2)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__________________________________________________。

(3)實驗室溶解該熔融物，在下列試劑中最適宜的試劑是________(填序號)。

A．濃硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氫氧化鈉溶液

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4 mol·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方程式為_________________________。

(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程式為___________；上述現象說明溶液中________結合OH－的能力比________強(填離子符號)。

(3)B與A的差值為________mol。

(4)B點對應的沉淀的物質的量為________mol，C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為________mL。

Answer 1

【答案】合理 NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2—＋3H2↑ B H＋＋OH－=H2O NH4+＋OH－=NH3·H2O Al3＋、Fe3＋、H＋ NH4+ 0.008 0.032 7

【解析】

Ⅰ.（1）由表中數據比較可知，鋁的熔點比鐵低，該反應放出的熱量使鐵熔化，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金，因此此說法合理；（2）利用金屬Al與強堿液反應放出氫氣的性質即可驗證，而鐵不與NaOH發生反應，因此驗證合金中含鋁單質，需要加入NaOH溶液，其離子反應方程式為2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；（3）A、Fe、Al與濃硫酸發生鈍化反應，阻礙反應的進行，不能用濃硫酸溶解，故A錯誤；B、Fe和Al屬于活潑金屬，都能與稀硫酸發生反應，能用稀硫酸溶解，故B正確；C、Fe、Al與稀硝酸反應，但生成有毒的NO，不能用稀硝酸溶解，故C錯誤；D、Al能與NaOH反應，但Fe不能與NaOH反應，因此不能用NaOH溶解，故D錯誤；Ⅱ.（1）OC段沒有沉淀產生，說明硝酸過量，此階段發生離子反應方程式為H＋＋OH－=H2O；由圖像可知硝酸過量，OC段發生酸堿中和反應，CD段為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀的生成，DE段消耗了NaOH，由此證明硝酸和金屬反應的還原產物為較低價態的NH，DE段發生離子反應方程式為NH4＋＋OH－=NH3·H2O；先產生沉淀，后生成NH3·H2O，說明Al3＋、Fe3＋、H＋結合OH－能力強于NH4＋；（3）EF段為Al(OH)3與NaOH反應，其離子反應方程式為Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，只剩下Fe(OH)3沉淀。B與A的差值為Al(OH)3，則氫氧化鋁的物質的量為4mol·L－1×(36－34)×10－3L＝0.008mol；（4）參加反應的n(Al)＝0.008 mol，因為1 mol的Al3＋、Fe3＋均與3 mol的NaOH反應，由電子守恒可知Fe和Al化合價升高的總數等于HNO3生成NH降低的總數，即3n(Fe)＋3n(Al)＝n(NH4＋)×8＝4 mol·L－1×(34－31)×10－3L×8，解得n(Fe)＋n(Al)＝0.032 mol，n(Fe)＝0.024 mol，兩種沉淀的物質的量為0.032 mol，生成兩種沉淀共消耗n(NaOH)＝0.032 mol×3＝0.096 mol，所以C點體積為31 mL－0.096/4×103mL＝7 mL。