Question

1．某同学通过查阅资料得知，铝热反应所得到的熔融物应该是铁铝合金．
（1）设计一个最简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝．写出表示该实验原理的离子方程式：2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）某同学取一定量上述的熔融物与过量的、且很稀的硝酸充分反应，发现反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶液中，逐滴加入4mo1•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（mo1）的关系如图所示．在AB段，有刺激性气味的气体产生．
试回答下列问题：
①熔融物与稀硝酸充分反应后，还原产物NH₄NO₃的物质的量为0.012mol．
②熔融物中金属铝的物质的量为0.008mol；金属铁的物质的量为0.024mol．

Answer 1

分析 （1）利用铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气证明；
（2）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO₃反应，生成Al³⁺、Fe³⁺，H⁺ 过量且无气体产生，说明NO₃^-被还原为NH₄⁺，即阳离子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH₄⁺反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，结合方程式与原子守恒计算．

解答 解：（1）利用熔融物与氢氧化钠溶液反应生成，有气体生成说明含有Al，反应离子方程式为：2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO₃反应，生成Al³⁺、Fe³⁺、H⁺ 过量且无气体产生，说明NO₃^-被还原为NH₄⁺，即阳离子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH₄⁺反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，
①由NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O可知，n（NH₄⁺）=3×10^-3 L×4 mol/L=0.012 mol，故还原产物NH₄NO₃的物质的量为0.012mol，
故答案为：0.012mol；
②由Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，n（Al³⁺）=n（Al）=n[Al（OH）₃]=2×10^-3 L×4 mol/L=0.008 mol，用于沉淀Al³⁺ 的NaOH为0.008mol×3=0.024 mol，
则n（Fe³⁺ ）=n（Fe）=（0.024L×4 mol/L-0.024mol）×$\frac{1}{3}$=0.024 mol，
故答案为：0.008mol；0.024mol．

点评 本题以铝热反应为载体，考查物质组成的确定、离子共存、化学计算等，（2）中明确各阶段发生的反应是关键，难度中等．