Question

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：

物质	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔点/℃	660	2 054	1 535	1 462
沸点/℃	2 467	2 980	2 750	－

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

解析　Ⅰ.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。利用金属Al与强碱液反应放出氢气的性质即可验证。由于Fe与Al都是活泼的金属，所以可以用稀硫酸或者稀盐酸溶解。Ⅱ.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，EF段为Al(OH)3的消失，只剩下Fe(OH)3沉淀。B与A的差值为Al(OH)3，为4 mol·L－1×(36－34)×10－3 L＝0.008 mol，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(NH)×8＝4 mol·L－1×(34－31)×10－3 L×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－×103 mL·L－1＝7 mL。

       答案　Ⅰ.(1)合理　(2)NaOH溶液　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　(3)B

       Ⅱ.(1)H＋＋OH－===H2O　(2)NH＋OH－===NH3·H2O　Al3＋、Fe3＋、H＋　NH　(3)0.008　(4)0.032　7