Question

4．某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)鋁熱反應(yīng)（以鋁和氧化鐵反應(yīng)為例）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）鋁熱反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，在反應(yīng)中金屬鋁被氧化（填“氧化”或“還原”）．
（2）甲同學(xué)認(rèn)為，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物中應(yīng)含有鐵、鋁兩種金屬．如設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案證明該熔融物中含有金屬鋁，則實(shí)驗(yàn)所需用的試劑為NaOH溶液，可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是有無(wú)色氣體放出．
（3）乙同學(xué)認(rèn)為鋁熱反應(yīng)得到的熔融物中可能含有Fe₂O₃，他設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證：取一塊該溶融物投入到少量稀硫酸中，反應(yīng)一段時(shí)間后，向反應(yīng)后的混合液中滴加KSCN溶液，觀察溶液顏色的變化，即可證明熔融物中是否含有Fe₂O₃．則：該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案不合理（填“合理”或“不合理”）；若不合理，原因是Fe³⁺易被Fe、Al還原成Fe²⁺（若合理則不用填寫）．
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體336mL．經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干后得到12.8g固體，向該固體中滴加4.0mol•L^-1的硫酸至恰好溶解時(shí)消耗硫酸體積為55mL，在反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液，無(wú)血紅色出現(xiàn)．求23.37
g熔融物中各成分的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鋁元素的化合價(jià)變化判斷鋁的性質(zhì)；
（2）鋁能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，而鐵不與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)；
（3）鐵離子能夠與鋁、鐵發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗(yàn)；
（4）氧化鋁和金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，根據(jù)生成氫氣的體積計(jì)算出金屬鋁的質(zhì)量；根據(jù)溶于氫氧化鈉溶液后固體減少的質(zhì)量為氧化鋁和鋁的質(zhì)量計(jì)算出氧化鋁的質(zhì)量；12.8g為鐵和氧化鐵的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)后生成的是亞鐵離子及硫酸的物質(zhì)的量計(jì)算出鐵和液體的物質(zhì)的量及質(zhì)量．

解答 解：（1）鋁熱反應(yīng)中鋁作氧化劑，鋁失電子化合價(jià)升高被氧化，反應(yīng)中體現(xiàn)出其還原性，
故答案為：氧化；
（2）鋁能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和氫氣，鐵和氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，所以要驗(yàn)證含有鋁所需用的試劑為氫氧化鈉溶液，觀察到的現(xiàn)象是溶液中有氣泡出現(xiàn)，
故答案為：NaOH溶液；有無(wú)色氣體放出；
（3）由于鐵離子檢驗(yàn)氧化性，能夠與鐵、鋁發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗(yàn)，所以該方法不合理，
故答案為：不合理；Fe³⁺易被Fe、Al還原成Fe²⁺；
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體336mL，該氣體為氫氣，反應(yīng)的方程式為：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑，標(biāo)況下336mL氫氣的物質(zhì)的量為：n（H₂）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，則反應(yīng)消耗的鋁的物質(zhì)的量為：n（Al）=$\frac{2}{3}$n（H₂）=0.015mol×$\frac{2}{3}$=0.01mol，混合物中含有鋁的質(zhì)量為：27g/mol×0.01mol=0.27g；
經(jīng)過(guò)濾，洗滌，烘干后得到12.8g固體，固體減的質(zhì)量為：23.37g-12.8g=10.57g，減少的質(zhì)量為氧化鋁和鋁的質(zhì)量之和，所以混合物中氧化鋁的質(zhì)量為：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固體為Fe和氧化鐵的混合物，向該固體中滴加4.0mol•L的硫酸至恰好溶解時(shí)消耗硫酸體積為55mL，在反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液，無(wú)血紅色出現(xiàn)，說(shuō)明反應(yīng)恰好生成硫酸亞鐵，設(shè)鐵的物質(zhì)的量為x，氧化鐵的物質(zhì)的量為y，則：①56x+160y=12.8g，再根據(jù)鐵元素守恒及硫酸亞鐵的組成可知，鐵元素的物質(zhì)的量大于硫酸根離子的物質(zhì)的量，即：②x+2y=4.0mol•L×0.055L，
根據(jù)①②聯(lián)立解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.2mol}\\{y=0.01mol}\end{array}\right.$，
所以混合物中鐵的質(zhì)量為：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化鐵的質(zhì)量為：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的質(zhì)量為：0.27g鋁、10.3g氧化鋁、11.2g鐵、1.6g氧化鐵．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鋁熱反應(yīng)原理、化學(xué)方程式的計(jì)算，題目難度中等，注意掌握鋁熱反應(yīng)原理，明確根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的方法，（4）為難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，注意合理分析質(zhì)量變化及發(fā)生的反應(yīng)．