Question

11．将5.5g铁铝混合物粉末加入过量的1L1mol/L HNO₃溶液中，充分反应后，得3.36L（标准状况）NO气体，求
（1）假设反应前后溶液的体积不变，剩余硝酸的浓度为0.4mol/L
（2）混合物中铝的质量分数为49.1%，
（3）向反应后的溶液中加入850 mL 1mol/L NaOH溶液时，生成的沉淀量最大，再加100 mL 1mol/L NaOH溶液才能使沉淀的量不再发生变化．

Answer 1

分析 （1）同质量的铝消耗硝酸的量多，假设5.5g金属全部是铝，由Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，可知需要硝酸 $\frac{5.5g}{27g/mol}$×4=0.81 mol，硝酸物质的量为1L×1mol/L=1mol＞0.81 mol，所硝酸过量，设铝、铁的物质的量分别为：xmol、ymol，根据质量守恒得27x+56y=5.5；得失电子守恒得（硝酸过量铁变成三价铁）：3x+3y=$\frac{3.36}{22.4}$×3，联立方程解得：x=0.1 y=0.05，所以消耗硝酸的物质的量为：（0.1+0.05）×3+$\frac{3.36}{22.4}$=0.6mol，所以剩余硝酸的物质的量1mol-0.6mol=0.4mol，根据c=$\frac{n}{V}$进行计算求解；
（2）铝的质量分数为：$\frac{0.1mol×27g/mol}{5.5g}$×100%=49.1%；
（3）要使沉淀的量不随NaOH溶液量的变化而变化，则最终溶液中溶质为NaNO₃、NaAlO₂，根据钠离子守恒：n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂），再结合N原子、Al原子守恒计算n（NaOH），进而计算此时需要氢氧化钠溶液体积；
要使生成的沉淀量最大，最后得到的溶液是中溶质为NaNO₃，根据钠离子守恒：n（NaOH）=n（NaNO₃），再结合N原子守恒计算n（NaOH），进而计算此时需要氢氧化钠溶液体积．

解答 解：（1）同质量的铝消耗硝酸的量多，假设5.5g金属全部是铝，由Al+4HNO₃=Al（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，可知需要硝酸 $\frac{5.5g}{27g/mol}$×4=0.81 mol，硝酸物质的量为1L×1mol/L=1mol＞0.81 mol，所硝酸过量，设铝、铁的物质的量分别为：xmol、ymol，根据质量守恒得27x+56y=5.5；得失电子守恒得（硝酸过量铁变成三价铁）：3x+3y=$\frac{3.36}{22.4}$×3，联立方程解得：x=0.1 y=0.05，所以消耗硝酸的物质的量为：（0.1+0.05）×3+$\frac{3.36}{22.4}$=0.6mol，所以剩余硝酸的物质的量1mol-0.6mol=0.4mol，所以剩余硝酸的浓度为$\frac{0.4mol}{1L}$=0.4mol/l，
故答案为：0.4；
（2）铝的质量分数为：$\frac{0.1mol×27g/mol}{5.5g}$×100%=49.1%，故答案为：49.1；
（3）要使沉淀的量不随NaOH溶液量的变化而变化，则最终溶液中溶质为NaNO₃、NaAlO₂，根据钠离子守恒：n（NaOH）=n（NaNO₃）+n（NaAlO₂），再结合N原子、Al原子守恒，n（NaOH）=1mol-$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$+0.1mol=0.95mol，此时需要氢氧化钠溶液体积为$\frac{0.95mol}{1mol/L}$=0.95L=950mL；
要使生成的沉淀量最大，最后得到的溶液是中溶质为NaNO₃，根据钠离子守恒：n（NaOH）=n（NaNO₃）=1mol-$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.85mol，此时需要氢氧化钠溶液体积为$\frac{0.85mol}{1mol/L}$=0.85L=850mL，所以再加入950mL-850mL=100mL，
故答案为：850；100．

点评 本题考查混合物的计算，难度中等，侧重对解题方法计算与学生分析思维能力考查，涉及过量计算、极端思考、守恒关系的应用．