Question

15．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．某同学取一定量铁铝合金与一定量很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出．往反应结束后的溶液中，逐滴加入2mol•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．下列选项正确的是（　　）

• A． 图中OC段的离子方程式为：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O
• B． 在DE段的离子方程式为：H⁺+OH^-═H₂O
• C． B与A的差值为 0.002mol
• D． C点对应的氢氧化钠溶液的体积为7 mL

Answer 1

分析 铝和铁混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，由于反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了-3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：
OC段：H⁺+OH^-=H₂O，
CD段：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
DE段：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，
据此结合图象数据进行解答．

解答 解：铝和铁的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，由于反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了-3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：OC段：H⁺+OH^-=H₂O，CD段：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，DE段：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，
A．OC段没有沉淀生成，说明稀硝酸过量，加入的氢氧化钠与稀硝酸反应生成硝酸钠和水，反应的离子方程式为：H⁺+OH^-=H₂O，故A错误；
B．DE段生成的沉淀的物质的量不变，说明铵根离子与氢氧根离子反应，反应的离子方程式为：DE段：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，故B错误；
C．氢氧化镁不与氢氧化钠反应，则B与A的差值为氢氧化铝的物质的量，EF段消耗的氢氧化钠为：n（NaOH）=2mol/L×2×10^-3L=0.004mol，根据反应Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O可知氢氧化铝的物质的量为0.004mol，则B与A的差值为 0.004mol，故C错误；
D．DE段是NH₄NO₃和NaOH反应，根据反应NH₄NO₃～NaOH可知：n（NH₄NO₃）=n（NaOH）=（34-31）×10^-3L×2mol/L=0.006mol，
设铁有xmol，铝离子的物质的量为0.004mol，NH₄⁺有0.006mol，根据电子守恒可得：3x+0.004×3=0.006×8，解得x=0.012mol，
所以铁离子有0.012mol，根据原子守恒知，铁的物质的量是0.012mol；
滴加NaOH体积为31mL时，发生反应为：H⁺+OH^-=H₂O、Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓、Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
所以C点氢氧化钠溶液的体积为：31mL-$\frac{0.012mol×3+0.004mol×3}{2mol/L}$×10³ml/L=7mL，故D正确；
故选D．

点评 本题考查了氧化还原反应的计算，题目难度中等，明确图象曲线变化对应反应原理为解答关键，注意掌握守恒思想在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．