Question

【题目】某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。现行高中化学教材中对“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的熔点、沸点数据如下：

Ⅰ.(1)某同学推测，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。你认为他的解释是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。

(2)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__________________________________________________。

(3)实验室溶解该熔融物，在下列试剂中最适宜的试剂是________(填序号)。

A．浓硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氢氧化钠溶液

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4 mol·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方程式为_________________________。

(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程式为___________；上述现象说明溶液中________结合OH－的能力比________强(填离子符号)。

(3)B与A的差值为________mol。

(4)B点对应的沉淀的物质的量为________mol，C点对应的氢氧化钠溶液的体积为________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）由表中数据比较可知，铝的熔点比铁低，该反应放出的热量使铁熔化，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金，因此此说法合理；（2）利用金属Al与强碱液反应放出氢气的性质即可验证，而铁不与NaOH发生反应，因此验证合金中含铝单质，需要加入NaOH溶液，其离子反应方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；（3）A、Fe、Al与浓硫酸发生钝化反应，阻碍反应的进行，不能用浓硫酸溶解，故A错误；B、Fe和Al属于活泼金属，都能与稀硫酸发生反应，能用稀硫酸溶解，故B正确；C、Fe、Al与稀硝酸反应，但生成有毒的NO，不能用稀硝酸溶解，故C错误；D、Al能与NaOH反应，但Fe不能与NaOH反应，因此不能用NaOH溶解，故D错误；Ⅱ.（1）OC段没有沉淀产生，说明硝酸过量，此阶段发生离子反应方程式为H＋＋OH－=H2O；由图像可知硝酸过量，OC段发生酸碱中和反应，CD段为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀的生成，DE段消耗了NaOH，由此证明硝酸和金属反应的还原产物为较低价态的NH，DE段发生离子反应方程式为NH4＋＋OH－=NH3·H2O；先产生沉淀，后生成NH3·H2O，说明Al3＋、Fe3＋、H＋结合OH－能力强于NH4＋；（3）EF段为Al(OH)3与NaOH反应，其离子反应方程式为Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，只剩下Fe(OH)3沉淀。B与A的差值为Al(OH)3，则氢氧化铝的物质的量为4mol·L－1×(36－34)×10－3L＝0.008mol；（4）参加反应的n(Al)＝0.008 mol，因为1 mol的Al3＋、Fe3＋均与3 mol的NaOH反应，由电子守恒可知Fe和Al化合价升高的总数等于HNO3生成NH降低的总数，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，两种沉淀的物质的量为0.032 mol，生成两种沉淀共消耗n(NaOH)＝0.032 mol×3＝0.096 mol，所以C点体积为31 mL－0.096/4×103mL＝7 mL。