Question

有铝和四氧化三铁组成的铝热剂粉末，在隔绝空气中的条件下引燃，使之充分反应，把所得混合物研细，并分成两等份，分别投入到过量烧碱溶液和盐酸中，充分反应后，前者消耗氢氧化钠mmol，放出标准状况下的气体0.672L；后者消耗盐酸nmol，放出标准状况下气体VL。若将等质量的这种铝热剂中的铝粉和足量的稀硫酸反应，可以得到标准状况下的气体6.72L。
(1)铝热剂中各成分的质量分数。
(2)m、n、V的值各是多少？

Answer 1

（1）
Fe3O4％=1-27.95％=72.05％
（2） m=0.10(mol)
N =0.48(mol)
V =2.688(L)

题目没有指明铝热剂中铝粉和四氧化三铁各自的质量分数，那么铝粉和四氧化三铁混合有三种情况：①铝粉和四氧化三铁适量，恰好两者完全反应，反应物无剩余，产物是三氧化二铝和单质铁，该混合物投入过量的氢氧化钠溶液中，铁跟氢氧化钠溶液不反应，三氧化二铝跟氢氧化钠溶液反应，但是不放出气体，不合题意；②铝热剂中四氧化二铁过量，反应后的混合物中有三氧化二铝、铁和剩余的四氧化三铁，将其混合物投入过量的氢氧化钠溶液中，铁和四氧化三铁跟氢氧化钠溶液都不反应，三氧化二铝跟氢氧化钠反应，但是不放出气体，不合题意；③铝热剂中铝粉过量，反应后混合物中有三氧化二铝和剩余的铝，将其混合物投入过量的氢氧化钠溶液中，铁跟氢氧化钠不反应，三氧化二铝和铝都能跟氢氧化钠溶液反应，而且铝在反应时能够放出氢气，符合题意。
(1)求铝热剂中各成分的质量分数。
设原铝热剂中含xg。
2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑
2×27g                 3×22.4L
xg                       6.72L
2×7∶x=3×22.4∶6.72
解得x=5.4(g)
设铝热反应后剩余的铝为yg。
2Al+2NaOH=2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2×27g                      3×22.4L
yg                            0.672L
2×27∶y=3×22.4∶0.672
解得  y=0.54(g)
故参加铝热反应的铝粉为5.4-0.54×2=4.32(g)
设铝热剂中四氧化三铁的质量为zg
8Al       +      3Fe3O4  →   4Al2O3 +  9Fe
8×27g          3×232         4mol       9mol
4.32g           zg             b="0.08mol " c=0.18mol
8×27∶4.32=3×232∶z
解得z=13.92(g)

Fe3O4％=1-27.95％=72.05％
(2)求m、n和V
反应后每份反应后的混合物含铝0.54g，含铁0.18／2=0.09(mol)含三氧化二铝0.08／2=0.04(mol)
Al2O3 +  2NaOH=2NaAlO2+H2O
1mol        2mol
0.04mol     0.08mol
所以m=0.02+0.08=0.10(mol)
2Al  +  6HCl = 2AlCl3 +  3H2↑
2×27g   6mol              3×22.4L
0.54g    0.06mol           0.672L
Fe  +  2HCl  =" " FeCl2 +  H2↑
1mol      2mol               22.4L
0.09mol   0.18mol            22.4×0.09L
Al2O3 +  6HCl=2AlCl3+3H2O
1mol       6mol
0.04mol    6×0.04mol
所以n=0.06+0.18+0.24=0.48(mol)
V=0.672+22.4×0.09=2.688(L)

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