Question

【题目】实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低．某同学取一定量的铝铁合金与100mL很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶液中，逐滴加入4 mol/L的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示．试回答下列问题：

(1)结合OH－的能力最弱的是________(填离子符号)

(2)B与A的差值为________mol．

(3)原混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为______．

(4)B点对应的沉淀量为________mol，C点对应的溶液体积为________mL．

(5)硝酸溶液的物质的量浓度为_________mol·L－1

(6)写出铝与该浓度硝酸反应的离子方程式_____________________。

Answer 1

【答案】NH4+ 0.008 1：3 0.032 7 1．48mol·L－1 8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O

【解析】

铝粉和铁粉的混合物与100 mL很稀HNO3充分反应，被氧化为Al3+、Fe3+，反应始终没有气体生成，可知不会有氮的氧化物生成，根据题设条件可知，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素在该反应过程中由+5价变成了较低的价态-3价，结合图像可以看出硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸发生中和反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，则OH-与溶液中的NH4+发生了反应，再继续滴加氢氧化钠，氢氧化铝沉淀被溶解，故结合图像可分析出随着氢氧化钠的不断滴加，溶液中发生的反应的依次为：OC段：H++OH- = H2O，CD段：Fe3++3OH- = Fe(OH)3↓，Al 3++3OH- = Al(OH)3↓，DE段：NH4++ OH-═NH3H2O，EF段：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，据此分析作答。

（1）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH4NO3和NaOH的反应，所以溶液中结合OH－的能力最弱的是NH4+，

故答案为：NH4+；

（2）E与F之间沉淀的量减少，因为Al（OH）3溶解在氢氧化钠溶液中，反应的离子方程式为Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O，则溶解的沉淀的物质的量（B与A的差值）等于EF阶段消耗的氢氧化钠的物质的量，为4 mol/L（36 mL-34 mL）10-3 = 0.008 mol，

故答案为：0.008 mol；
（3）根据铝元素守恒可知，设参与反应的铝的物质的量为x mol，则

解得x = 0.008 mol，

即铝的物质的量是0.008 mol；

又DE段是NH4NO3和NaOH反应，根据关系式NH4NO3～NaOH得n（NH4NO3）=n（NaOH）=（34-31）×10-3 L×4 mol/L = 0.012 mol，
设铁有y mol，Al离子也是0.008 mol，NH4+有0.012 mol，根据电子转移数守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8，
y = 0.024 mol，
所以铁离子有0.024 mol，根据原子守恒知，铁的物质的量是0.024mol，则原混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为0.008 mol:0.024 mol = 1:3，

故答案为：1：3；
（4）B为沉淀的最大值，沉淀为Al（OH）3和Fe（OH）3，根据元素守恒法可知，其物质的量分别为铝粉和铁粉的物质的量，为0.008 mol+0.024 mol = 0.032 mol；根据图象确定C点消耗氢氧化钠的量．滴加NaOH体积为31 mL时，
发生反应为①H++OH-=H2O，②Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，Al3++3OH-=Al（OH）3↓，
可计算得出C点氢氧化钠溶液的体积为31 mL-103 mL/L = 7 mL，

故答案为：0.032 mol；7；

（5）E点时，溶液中的溶质是硝酸钠和氨水，n（NH3H2O）=n（NH4+）=0.012 mol，n（NaNO3）=n（NaOH）= 34×10-3 L×4mol/L = 0.136 mol，根据氮原子守恒知，c（HNO3）= = = 1.48 mol/L，
故答案为：1.48；

（6）根据题意可知，该浓度的硝酸与铝反应时，得到的氮元素化合价为-3价，根据氧化还原反应的规律配平该离子方程式得，8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O，

故答案为：8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O。