Question

某研究性學(xué)習(xí)小組對鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)展開研究，現(xiàn)行高中化學(xué)教材(必修加選修)中對“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒”“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱《化學(xué)手冊》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下：

物  質(zhì)	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點(diǎn)/℃	660	2 054	1 535	1 462
沸點(diǎn)/℃	2 467	2 980	2 750	—

I．（1）某同學(xué)推測，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理？答：___________（填“合理”或“不合理”）。

（2）設(shè)計(jì)一個簡單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中是否含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是_____________，可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________________。

（3）實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是___________（填序號）。

A.濃硫酸         B.稀硫酸         C.稀硝酸          D.氫氧化鈉溶液

Ⅱ.實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低。某同學(xué)取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出。在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入4 mol·L^－1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積 (mL)與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量(mol)的關(guān)系如下圖所示。試回答下列問題：

（4）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。

（5）在DE段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________；上述現(xiàn)象說明溶液中____________結(jié)合OH^－的能力比__________強(qiáng)（填離子符號）。

（6）B與A的差值為_________mol。

（7）B點(diǎn)對應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為____________mol，C點(diǎn)對應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為___________mL。

Answer 1

Ⅰ.(1)合理

(2)NaOH溶液   2Al+2OH^－+2H₂O====+3H₂↑

(3)B

Ⅱ.(4)H⁺ + OH^－ ==== H₂O

(5) + OH^－  NH₃·H₂O      Al^3＋、Fe^3＋、H^＋ 

(6)0.008

(7)0.0327

解析：（1）鋁熱反應(yīng)產(chǎn)生的溫度足以將鐵和鋁熔化，因而應(yīng)能形成鐵鋁合金。（2）將已知質(zhì)量的塊狀熔融物放入NaOH溶液中，一般時(shí)間后取出，經(jīng)洗滌、干燥、稱量，即可根據(jù)質(zhì)量是否有變化得出是否為鐵鋁合金的結(jié)論。可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O====+3H₂↑。（3）塊狀熔融物以Fe為主，應(yīng)選擇常溫能溶解Fe且不產(chǎn)生有毒氣體的稀H₂SO₄。

EF段：

    Al(OH)₃    +    OH^-====+2H₂O—Al

0.008 mol  (36-34)×10^-3×4 mol       0.008 mol

B與A的差值與Al(OH)₃的物質(zhì)的量相等，為0.008 mol。

DE段：

          +    OH^-    NH₃·H₂O

  0.012 mol    (34-31)×10^-3×4 mol

熔融物與HNO₃的作用：

，AlAl³⁺，F(xiàn)eFe³⁺

據(jù)電子得失守恒列：

0.012 mol×8=0.008 mol×3+n(Fe)×3

得：n［Fe(OH)₃］=n(Fe)=0.024 mol

B點(diǎn)Fe(OH)₃和Al(OH₃)共有：

0.008 mol+0.024 mol=0.032 mol

滴入的31 mL氫氧化鈉的溶液共含NaOH:

31×10^-3L×4 mol·L^-1=0.124 mol

CD段Fe³⁺和Al³⁺消耗NaOH:

3×0.008 mol+3×0.024 mol=0.096 mol

OC段H⁺消耗NaOH:

0.124 mol-0.096 mol=0.028 mol

C點(diǎn)加入NaOH溶液的體積:

=0.007 L=7 mL