Question

4．某研究性学习小组对铝热反应（以铝和氧化铁反应为例）实验进行研究．请回答下列问题：
（1）铝热反应是氧化还原反应，在反应中金属铝被氧化（填“氧化”或“还原”）．
（2）甲同学认为，铝热反应所得到的熔融物中应含有铁、铝两种金属．如设计一个简单的实验方案证明该熔融物中含有金属铝，则实验所需用的试剂为NaOH溶液，可观察到的实验现象是有无色气体放出．
（3）乙同学认为铝热反应得到的熔融物中可能含有Fe₂O₃，他设计了如下实验方案来验证：取一块该溶融物投入到少量稀硫酸中，反应一段时间后，向反应后的混合液中滴加KSCN溶液，观察溶液颜色的变化，即可证明熔融物中是否含有Fe₂O₃．则：该同学的实验方案不合理（填“合理”或“不合理”）；若不合理，原因是Fe³⁺易被Fe、Al还原成Fe²⁺（若合理则不用填写）．
（4）取23.37g熔融物（主要含有铁和氧化铝，还含有少量氧化铁和铝）投入足量的浓氢氧化钠溶液中，充分反应后，收集到标准状况下的气体336mL．经过滤、洗涤、烘干后得到12.8g固体，向该固体中滴加4.0mol•L^-1的硫酸至恰好溶解时消耗硫酸体积为55mL，在反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无血红色出现．求23.37
g熔融物中各成分的质量．

Answer 1

分析 （1）根据铝元素的化合价变化判断铝的性质；
（2）铝能和强碱反应生成偏铝酸盐和氢气，而铁不与强碱溶液反应；
（3）铁离子能够与铝、铁发生反应生成亚铁离子，干扰了铁离子的检验；
（4）氧化铝和金属铝能够与氢氧化钠溶液反应，根据生成氢气的体积计算出金属铝的质量；根据溶于氢氧化钠溶液后固体减少的质量为氧化铝和铝的质量计算出氧化铝的质量；12.8g为铁和氧化铁的质量，根据反应后生成的是亚铁离子及硫酸的物质的量计算出铁和液体的物质的量及质量．

解答 解：（1）铝热反应中铝作氧化剂，铝失电子化合价升高被氧化，反应中体现出其还原性，
故答案为：氧化；
（2）铝能和强碱反应生成盐和氢气，铁和氢氧化钠溶液不反应，所以要验证含有铝所需用的试剂为氢氧化钠溶液，观察到的现象是溶液中有气泡出现，
故答案为：NaOH溶液；有无色气体放出；
（3）由于铁离子检验氧化性，能够与铁、铝发生反应生成亚铁离子，干扰了铁离子的检验，所以该方法不合理，
故答案为：不合理；Fe³⁺易被Fe、Al还原成Fe²⁺；
（4）取23.37g熔融物（主要含有铁和氧化铝，还含有少量氧化铁和铝）投入足量的浓氢氧化钠溶液中，充分反应后，收集到标准状况下的气体336mL，该气体为氢气，反应的方程式为：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑，标况下336mL氢气的物质的量为：n（H₂）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，则反应消耗的铝的物质的量为：n（Al）=$\frac{2}{3}$n（H₂）=0.015mol×$\frac{2}{3}$=0.01mol，混合物中含有铝的质量为：27g/mol×0.01mol=0.27g；
经过滤，洗涤，烘干后得到12.8g固体，固体减的质量为：23.37g-12.8g=10.57g，减少的质量为氧化铝和铝的质量之和，所以混合物中氧化铝的质量为：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固体为Fe和氧化铁的混合物，向该固体中滴加4.0mol•L的硫酸至恰好溶解时消耗硫酸体积为55mL，在反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无血红色出现，说明反应恰好生成硫酸亚铁，设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，则：①56x+160y=12.8g，再根据铁元素守恒及硫酸亚铁的组成可知，铁元素的物质的量大于硫酸根离子的物质的量，即：②x+2y=4.0mol•L×0.055L，
根据①②联立解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.2mol}\\{y=0.01mol}\end{array}\right.$，
所以混合物中铁的质量为：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化铁的质量为：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的质量为：0.27g铝、10.3g氧化铝、11.2g铁、1.6g氧化铁．

点评 本题考查了铝热反应原理、化学方程式的计算，题目难度中等，注意掌握铝热反应原理，明确根据化学方程式进行化学计算的方法，（4）为难点、易错点，注意合理分析质量变化及发生的反应．