Question

【题目】某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：

物质	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔点/℃	660	2054	1535	1462
沸点/℃	2467	2980	2750	--

I.该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。请你设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_______，反应的离子方程式为____________________________。

Ⅱ. 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。某同学取一定量上述的熔融物与一定量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4mol·L－1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）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子为：___________________。

（2）在DE段，沉淀的物质的量没有变化，则此阶段发生反应的离子方为_________。

（3）当c=13mL时，原溶液中Fe3+与Al3+的物质的量之比为________________________。

Answer 1

【答案】NaOH 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ H+OH-=H2O NH4++OH-=NH3+H2O 2:1

【解析】

I．金属铝能和强碱溶液反应生成氢气而铁不能，可以用NaOH溶液检验铝的存在。

Ⅱ．铁、铝和硝酸反应无气体放出，猜测硝酸的还原产物有可能是铵根离子。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。在反应结束后的溶液中，逐滴加入氢氧化钠溶液，根据图像可知，溶解金属的硝酸是过量的，开始阶段发生的是酸碱中和反应，从C点开始有沉淀生成，到D点沉淀达到最多，再加NaOH溶液，沉淀不再变化，说明此时发生的是铵根离子和OH-反应生成NH3·H2O，再加NaOH溶液，Al(OH)3会溶解。

I.铝能溶于氢氧化钠溶液中，而铁不能，据此可以鉴别，反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。

II(1)图中OC段没有沉淀生成，说明硝酸过量，所以反应的方程式是H++OH-=H2O。

（2）由于溶液中的金属阳离子首先和氢氧化钠反应，当沉淀达到最大值时，氢氧化再和溶液中的NH4＋反应，所以DE段反应的方程式是NH4+ +OH-=NH3·H2O。

（3）氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于氢氧化钠中，所以EF段是溶解氢氧化铝的，方程式是Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，因此故图像可知，消耗氢氧化钠是2ml，物质的量是0.008mol，则氢氧化铝就是0.008mol。因此生成氢氧化铝消耗的氢氧化钠是0.024mol，所以和铁离子反应的氢氧化钠是0.018L×4mol/L－0.024mol＝0.048mol，所以铁离子的物质的量是0.016mol，因此原溶液中Fe3+与Al3+的物质的量之比为2︰1。