Question

10．某同学设计实验将Fe₃O₄和CuO组成的混合物X进行如图所示的转化（每一步均反应完全）
（1）写出Fe₃O₄和铝发生反应的化学方程式：3Fe₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$9Fe+4Al₂O₃
（2）生成气体B的离子方程式是：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑
（3）将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，过滤，再向滤液中加入双氧水得黄色溶液，写出加入双氧水时溶液中发生反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
（4）若已知固体X的质量为8.0g，加入Al粉的质量是2.7g，气体B在标准状况下的体积为336mL，则固体D的质量为5.84g．

Answer 1

分析 Fe₂O₃、CuO和铝在高温下发生铝热反应生成铁、铜和氧化铝，故固体A可能为铁、铜和氧化铝的混合物，加入足量氢氧化钠，有气体产生，铁、铜和氢氧化钠不反应，故A中还有剩余铝，故铝热反应中铝过量，X全部被还原，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，根据数据利用原子守恒计算．

解答 解：Fe₂O₃、CuO和铝在高温下发生铝热反应生成铁、铜和氧化铝，故固体A可能为铁、铜和氧化铝的混合物，加入足量氢氧化钠，有气体产生，铁、铜和氢氧化钠不反应，故A中还有剩余铝，故铝热反应中铝过量，X全部被还原，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，
（1）Fe₃O₄和铝发生反应的化学方程式为：3Fe₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$9Fe+4Al₂O₃，
故答案为：3Fe₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$9Fe+4Al₂O₃，
（2）根据以上分析，铝热反应中铝过量，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的方程式为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑；
（3）固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）气体B为氢气，在标准状况下的体积为336mL，则物质的量为：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，根据反应方程式：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑可知，和氢氧化钠反应的铝为：0.01mol，参与铝热反应的铝为：$\frac{2.7g}{27g/mol}$-0.01mol=0.09mol，形成氧化铝结合氧为：0.09mol×$\frac{3}{2}$=0.135mol，
由于氧化铝中氧全来自X，则X中铁和铜的质量为：8.0g-0.135mol×16g/mol=5.84g，
故答案为：5.84．

点评 本题考查混合物反应的计算，题目难度较大，关键是根据和氢氧化钠反应产生气体，判断铝热反应中铝过量，计算D的质量时，运用了原子守恒，避免了列方程组的繁琐，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．