Question

5．實驗研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低．現(xiàn)有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出（已知硝酸的還原產(chǎn)物是NH₄NO₃）．在反應結(jié)束后的溶液中，逐滴加入5mol•L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量關(guān)系如圖所示．則

（1）B與A的差值為：0.05mol．
（2）DE段生成物的物質(zhì)的量為：0.03mol．
（3）鋁粉和鐵粉的混合物中鋁粉與鐵粉的物質(zhì)的量之比為5：3．
（4）寫出鋁與該濃度硝酸反應的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．

Answer 1

分析 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(chǎn)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(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，
（1）可根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．得出Al（OH）₃的物質(zhì)的量；
（2）DE段反應離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，結(jié)合圖象數(shù)據(jù)計算出生成的一水合氨的物質(zhì)的量；
（3）Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)鋁元素守恒，n（Al）=0.05mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒求得n（Fe）=0.03mol，據(jù)此求出混合物中鋁粉與鐵粉的物質(zhì)的量之比；
（4）根據(jù)以上分析可知，n（Al）=0.05mol，n（NH₄⁺）=0.03mol，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產(chǎn)物為NH₄NO₃，根據(jù)氧化還原反應守恒書寫．

解答 解：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(chǎn)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(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，
（1）可根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質(zhì)的量為：（104-94）×10^-3L×5mol/L=0.05 mol，
故答案為：0.05；
（2）DE段為銨根離子與氫氧根離子反應生成一水合氨，反應離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，則生成一水合氨的物質(zhì)的量為：（94-88）×10^-3L×5mol/L=0.03mol，
故答案為：0.03；
（3）Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.05mol，由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為94mL-88mL=6mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.006L×5mol/L=0.03mol，根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0.03ml，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.05mol=8×0.03mol，解得：n（Fe）=0.03mol，混合金屬中n（Al）=0.05mol、n（Fe）=0.03mol，樣品中鋁粉和鐵粉的物質(zhì)的量之比為5：3，
故答案為：5：3；
（4）由題意知，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產(chǎn)物為NH₄NO₃，根據(jù)氧化還原反應得失電子守恒和電荷守恒，反應的離子反應為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．

點評 本題考查混合物反應的計算，題目難度中等，明確圖象曲線變化的含義為解答關(guān)鍵，注意掌握常見金屬單質(zhì)及其化合物具有的性質(zhì)，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．