Question

【題目】鋁熱反應是鋁的一個重要性質，該性質用途十分廣泛。 “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”。已知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點、沸點數據如下：

物質	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2 054	1 535	1 462
沸點/℃	2 467	2 980	2 750	－

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6mol·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）依題意，請寫出熔融物中鐵與該稀的硝酸反應的離子方程式：____________________

（2）圖中OA段沒有沉淀生成，此階段發生反應的離子方程式為__________________。

（3）在BC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_____________；

（4）熔融物中鋁元素的物質的量為________mol。

（5）B點對應的沉淀的物質的量為______mol，A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===2AlO＋3H2↑ B 8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O H＋＋OH－===H2O NH＋OH－===NH3·H2O 0.012 0.048 15

【解析】

試題本題考查鐵鋁及其化合物的性質、化學圖像分析和化學計算。I.根據鋁熱反應的原理、鐵鋁的性質和題給信息作答。

Ⅱ.理清反應過程，分析圖像中的每一段對應的反應，結合題給數據利用守恒思想作答。

解答：I.（1）鋁熱反應的原理為：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，反應過程中生成鐵單質，鋁粉可能有剩余，結合題給熔點數據和信息：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，合理。

（2）鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，鐵與氫氧化鈉溶液不反應。證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁的實驗方案為取少量熔融物于試管中，向其中滴加氫氧化鈉溶液，看固體是否部分溶解，是否有氣體生成。該實驗所用試劑是NaOH溶液，反應的離子方程式為2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 。

（3）A、常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁鈍化，錯誤；B、鐵鋁均與稀硫酸反應，生成的氫氣對環境無污染，正確；C、稀硝酸 與鐵、鋁反應有有毒氣體NO生成，錯誤； D、氫氧化鈉溶液與鐵不反應，錯誤。選B。

Ⅱ.（1）分析圖像知OA段沒有沉淀生成，說明硝酸過量，則熔融物中的鐵與稀硝酸反應生成硝酸鐵，反應過程中無氣體生成，則硝酸的還原產物為硝酸銨，利用化合價升降法結合原子守恒、電荷守恒配平，該反應的離子方程式為8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O；

（2）OA段發生酸堿中和反應，離子方程式為H＋＋OH－===H2O ；

（3）BC段沉淀的量沒有發生變化，NH4NO3和NaOH反應生成硝酸鈉和一水合氨，反應的離子方程式為NH4+＋OH－===NH3·H2O ；

（4）由圖可知，CD段消耗的氫氧化鈉溶液的體積為44mL-42mL=2mL，故參加反應的氫氧化鈉為0.002L×6mol/L=0.012mol，根據Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O可知，Al（OH）3的物質的量為0.012mol，根據鋁元素守恒知熔融物中鋁元素的物質的量為0.012mol。

（5）AB段發生的反應為Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，Al3++3OH-=Al（OH）3↓，消耗氫氧化鈉的物質的量為（39-15）×10-3L×6mol/L=0.144mol，Al3+的物質的量為0.012mol，消耗氫氧化鈉的物質的量為0.036mol，則與Fe3+反應的氫氧化鈉的物質的量為0.144-0.036=0.108mol，Fe3+的物質的量為0.036mol，B點鋁離子和鐵離子恰好完全生成沉淀，根據元素守恒知生成沉淀的物質的量為0.048mol。由圖像知A點對應的氫氧化鈉溶液的體積為15mL。