Question

【題目】某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)展開研究。現(xiàn)行高中化學(xué)教材中對(duì)“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)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(xué)手冊(cè)》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下：

Ⅰ.(1)某同學(xué)推測(cè)，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。

(2)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是________，反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________。

(3)實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，在下列試劑中最適宜的試劑是________(填序號(hào))。

A．濃硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氫氧化鈉溶液

Ⅱ.實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低。某同學(xué)取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出。在反應(yīng)結(jié)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(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量(mol)的關(guān)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(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________。

(2)在DE段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________；上述現(xiàn)象說明溶液中________結(jié)合OH－的能力比________強(qiáng)(填離子符號(hào))。

(3)B與A的差值為________mol。

(4)B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為________mol，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(shù)據(jù)比較可知，鋁的熔點(diǎn)比鐵低，該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，此時(shí)液態(tài)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(qiáng)堿液反應(yīng)放出氫氣的性質(zhì)即可驗(yàn)證，而鐵不與NaOH發(fā)生反應(yīng)，因此驗(yàn)證合金中含鋁單質(zhì)，需要加入NaOH溶液，其離子反應(yīng)方程式為2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；（3）A、Fe、Al與濃硫酸發(fā)生鈍化反應(yīng)，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，不能用濃硫酸溶解，故A錯(cuò)誤；B、Fe和Al屬于活潑金屬，都能與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，能用稀硫酸溶解，故B正確；C、Fe、Al與稀硝酸反應(yīng)，但生成有毒的NO，不能用稀硝酸溶解，故C錯(cuò)誤；D、Al能與NaOH反應(yīng)，但Fe不能與NaOH反應(yīng)，因此不能用NaOH溶解，故D錯(cuò)誤；Ⅱ.（1）OC段沒有沉淀產(chǎn)生，說明硝酸過量，此階段發(fā)生離子反應(yīng)方程式為H＋＋OH－=H2O；由圖像可知硝酸過量，OC段發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，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(yīng)的還原產(chǎn)物為較低價(jià)態(tài)的NH，DE段發(fā)生離子反應(yīng)方程式為NH4＋＋OH－=NH3·H2O；先產(chǎn)生沉淀，后生成NH3·H2O，說明Al3＋、Fe3＋、H＋結(jié)合OH－能力強(qiáng)于NH4＋；（3）EF段為Al(OH)3與NaOH反應(yīng)，其離子反應(yīng)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(zhì)的量為4mol·L－1×(36－34)×10－3L＝0.008mol；（4）參加反應(yīng)的n(Al)＝0.008 mol，因?yàn)?/span>1 mol的Al3＋、Fe3＋均與3 mol的NaOH反應(yīng)，由電子守恒可知Fe和Al化合價(jià)升高的總數(shù)等于HNO3生成NH降低的總數(shù)，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(zhì)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(diǎn)體積為31 mL－0.096/4×103mL＝7 mL。