Question

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．某同学取一定量铁铝合金与100mL某浓度的硝酸充分反应，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（C＞0）．试回答下列问题：
（1）写出反应过程中DE段的离子反应方程式：

 

，EF段生成含氧元素离子的名称是

 

．
（2）合金中，铝的质量为

 

g，铁的质量为

 

g．
（3）C的值为

 

mL．
（4）硝酸溶液的物质的量浓度为

 

mol?L^-1．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,离子方程式的有关计算

专题：计算题

分析：铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，通过题意，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：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（1）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，E与F之间沉淀的量减少，为Al（OH）₃溶解在氢氧化钠溶液中，以此书写离子方程式；
（2）根据曲线的变化判断出各段反应，根据消耗的氢氧化钠的体积和反应方程式计算反应后溶液含有铁离子和铝离子的物质的量，再根据原子守恒计算铝和铁的质量；
（3）根据消耗NaOH的总体积，结合在D点氢氧化钠与硝酸、铝铁离子的反应，可计算得出C点氢氧化钠溶液的体积；
（4）根据E点溶液中的溶质结合原子守恒计算硝酸的物质的量浓度．

解答： 解：（1）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为，NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
E与F之间沉淀的量减少，肯定是因为Al（OH）₃溶解在氢氧化钠溶液中，反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O；偏铝酸根或四羟基合铝酸根；
（2）E与F之间沉淀的量减少，为Al（OH）₃溶解在氢氧化钠溶液中，
其反应方程式为Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
氢氧化铝与氢氧化钠物质的量之比为1：1，
EF段的n（NaOH）=4mol/L×2×10^-3L=0.008mol，
Al-----Al（OH）₃----NaOH→NaAlO₂+2H₂O
27g                 1mol
0.216g             0.008mol   
所以铝的质量是0.216g；  D与E一段氢氧化钠被消耗，
DE段是NH₄NO₃和NaOH反应
NH₄NO₃～NaOH
1 mol   1mol
n（NH₄NO₃）=n（NaOH）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012mol，
设铁有xmol，Al离子也是0.008mol，NH₄⁺有0.012mol，根据电子守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8，
x=0.024mol，
所以铁离子有0.024mol，根据原子守恒知，铁的物质的量是0.024mol，其质量=0.024mol×56g/mol=1.344g，
故答案为：0.216；1.344；
（3）滴加NaOH体积为31ml时，
发生反应为①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
可计算得出C点氢氧化钠溶液的体积为
31ml-

0.032mol×3

4mol/L

×10³ml/L=7mL．
故答案为：7；
（4）E点时，溶液中的溶质是硝酸钠和氨水，n（NH₃?H₂O ）=n（NH₄⁺）=0.012mol，n（NaNO₃）=n（NaOH）=34×10^-3L×4mol/L=0.136mol，根据氮原子守恒知，C（HNO₃）=

n(NaNO3)+n(NH3．H2O)

V

=

0.136mol+0.012mol

0.1L

=1.48mol/L，
故答案为：1.48．

点评：本题考查金属与硝酸的反应、氧化还原反应、化学计算等知识点，属于中等难度试题，解答此题关键是判断出硝酸的还原产物以及电子转移守恒的运用．