Question

2．Al、Fe、Cu是生活中常见的金属，也是应用最广泛的金属．请回答下列问题：
（1）将Al、Al₂O₃和Al（OH）₃的混合物恰好与NaOH溶液反应，反应后溶液中溶质的化学式NaAlO₂．
向反应后的溶液中通入过量CO₂，反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（2）铁的复杂氧化物Fe₃O₄溶于稀硫酸生成两种盐，则反应的化学方程式为Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
检验反应后的溶液中存在Fe²⁺的具体操作是取少量溶液于试管中，滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液紫色褪去，则反应后的溶液中存在Fe²⁺．
纳米级Fe₃O₄是一种吸附剂，在溶液中可发生如下反应：Fe₃O₄+H₂O+O₂→Fe（OH）₃，每转移1mol电子生成Fe（OH）₃的物质的量为3mol．
（3）2.50g CuSO₄•5H₂O样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如下图所示．

请回答下列问题：
Ⅰ．试确定b点时固体物质的化学式CuSO₄•H₂O（要求写出必要的推理过程）；
Ⅱ．取270℃所得样品，于770℃灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为CuSO₄$\frac{\underline{\;770℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑．把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为CuSO₄•5H₂O．
Ⅲ.1000℃发生反应的化学方程式为4CuO$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）铝、氧化铝、氢氧化铝当与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠；偏铝酸钠与过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠；
（2）Fe₃O₄的氧化物的写成FeO•Fe₂O₃，则四氧化三铁与稀硫酸反应生成硫酸铁和硫酸亚铁，据此写出反应的化学方程式；铁离子和亚铁离子同时存在时，具有亚铁离子需要用酸性高锰酸钾溶液；根据电子守恒计算出转移1mol电子生成氢氧化铁的物质的量；
（3）Ⅰ．（1）CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解，113～258℃时失去的水的质量为2.50g-1.78g=0.72g，根据反应的化学方程式计算失去水n值；
Ⅱ．根据产物性质及图象水解判断770℃时的反应产物，然后形成反应的化学方程式；氧化铜与稀硫酸反应生成硫酸铜，经浓缩、冷却析出的晶体为CuSO₄•5H₂O；
Ⅲ．根据Ⅱ可知1000℃后CuO加热分解，根据质量变化判断产物，然后写出方程式．

解答 解：（1）将Al、Al₂O₃和Al（OH）₃的混合物恰好与NaOH溶液反应，反应中都生成了NaAlO₂，所以得到的溶液中溶质为偏铝酸钠；偏铝酸钠与过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：NaAlO₂；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（2）Fe₃O₄的氧化物的表示形式可以写成FeO•Fe₂O₃，稀硫酸与四氧化三铁反应生成硫酸亚铁和硫酸铁，反应的化学方程式为：Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
由于溶液中含有铁离子和亚铁离子，则检验亚铁离子选用酸性高锰酸钾溶液，方法为：取少量溶液于试管中，滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液紫色褪去，则反应后的溶液中存在Fe²⁺；
Fe₃O₄中铁元素的化合价为+$\frac{8}{3}$价，氢氧化铁中铁元素的化合价为+3价，则生成1mol氢氧化铁转移的电子为（3-$\frac{8}{3}$）mol=$\frac{1}{3}$mol，则转移1mol电子生成氢氧化铁的物质的量为$\frac{1mol}{\frac{1}{3}}$mol=3mol，
故答案为：Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；取少量溶液于试管中，滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液紫色褪去，则反应后的溶液中存在Fe²⁺；3mol；
（3）Ⅰ．CuSO₄•5H₂O受热到102℃时开始脱水分解，113℃时可得到较稳定的一种中间物，到258℃时才会继续分解，113～258℃时失去的水的质量为2.50g-1.78g=0.72g，根据反应的化学方程式可知：
CuSO₄•5H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄•（5-n）H₂O+nH₂O
250                           18n
2.50g                      2.50g-1.78g=0.72g，
解的：n=4
113～258℃时固体b的化学式为CuSO₄•H₂O，
故答案为：CuSO₄•H₂O；
Ⅱ．2.5gCuSO₄•5H₂O的物质的量为$\frac{2.5g}{250g/mol}$=0.01mol，完全失去结晶水后的质量为160g/mol×0.01mol，则258℃～680℃时为CuSO₄，温度升高到680℃后硫酸铜分解生成黑色的氧化铜和三氧化硫，反应方程式为CuSO₄$\frac{\underline{\;770℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑，CuO与稀硫酸反应的产物是硫酸铜和水，蒸发浓缩、冷却得到的晶体为CuSO₄•5H₂O，
故答案为：CuSO₄$\frac{\underline{\;770℃\;}}{\;}$CuO+SO₃↑；CuSO₄•5H₂O；
Ⅲ．1000℃时氧化铜在加热条件下发生分解，根据图象可知，0.80g氧化铜加热后变为0.72g，0.80gCuO的物质的量为$\frac{0.80g}{80g/mol}$=0.01mol，含有铜的质量为：64g/mol×0.01mol=0.64g，则0.72g固体中含有的氧元素的质量为：0.72g-0.64g=0.08g，含有氧元素的物质的量为$\frac{0.08g}{16g/mol}$=0.005mol，则该产物的化学式为：Cu₂O，根据化合价变化可知另一种产物为氧气，则该反应的化学方程式为4CuO$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑，
故答案为：4CuO$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．

点评 本题考查金属的性质及含量的测定，为高频考点，把握发生的反应及物质的量关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意氧化还原反应的应用及图象分析，题目难度不大．