Question

4．某研究性學(xué)習(xí)小組對鋁熱反應(yīng)實驗展開研究．現(xiàn)行高中化學(xué)教材中對“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、沸點數(shù)據(jù)如下：

物質(zhì)	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2054	1535	1462
沸點/℃	2467	2980	2750	--

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，而鋁的熔點比鐵低，此時液態(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：合理（填“合理”或“不合理”）．
（2）設(shè)計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁．該實驗所用試劑是NaOH溶液，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）實驗室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是B（填序號）．
A．濃硫酸          B．稀硫酸         C．稀硝酸          D．氫氧化鈉溶液
Ⅱ．實驗研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，硝酸的濃度越稀，對應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低．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4mol•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H⁺+OH^-═H₂O．
（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NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，上述現(xiàn)象說明溶液中Al³⁺、Fe³⁺、H⁺結(jié)合OH^-的能力比NH₄⁺強（填離子符號）．
（6）B點對應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為0.032mol，C點對應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為7mL．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）鋁的熔點比鐵低，生成鐵和液態(tài)鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金；
（2）根據(jù)鋁與NaOH溶液反應(yīng)的性質(zhì)設(shè)計實驗方案；
（3）A．濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解；
B．活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)；
C．稀硝酸與金屬反應(yīng)生成污染性氣體；
D．鐵不與NaOH溶液反應(yīng)；
Ⅱ．（4）O→C 之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C 之間發(fā)生的反應(yīng)酸堿中和反應(yīng)，以此書寫反應(yīng)的離子方程式；
（5）D與E一段沉淀的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)，以此書寫離子方程式；根據(jù)反應(yīng)順序確定結(jié)合OH^-的能力；
（6）B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，由EF段消耗的氫氧化鈉，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質(zhì)的量；再根據(jù)電子守恒計算出鐵的物質(zhì)的量，據(jù)此可以計算出沉淀氫氧化鋁、氫氧化鐵的物質(zhì)的量；再根據(jù)31mL時反應(yīng)情況計算出C點氫氧化鐵溶液體積．

解答 解：Ⅰ．（1）鋁的熔點比鐵低，生成鐵和液態(tài)鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金，
故答案為：合理；
（2）鋁與NaOH溶液反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以可用NaOH溶液檢驗所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁，
故答案為：NaOH溶液；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）A．濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解，故A錯誤；
B．活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正確；
C．稀硝酸與金屬反應(yīng)生成污染性氣體，不是最佳選擇，故C錯誤；
D．鐵不與NaOH溶液反應(yīng)，不能將熔融物全部溶解，故D錯誤；
故答案為：B；
Ⅱ．（4）O→C之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C之間發(fā)生的反應(yīng)酸堿中和反應(yīng)，離子方程式為H⁺+OH^-═H₂O，
故答案為：H⁺+OH^-═H₂O；
（5）D與E一段沉淀的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，該反應(yīng)為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；說明硝酸被還原生成了銨根離子，；
上述現(xiàn)象說明溶液中最先結(jié)合OH^-是氫離子，然后為Al³⁺、Fe³⁺，最后結(jié)合OH^-是銨根離子，所以溶液中的離子結(jié)合OH^-的能力最強的是氫離子，最弱的是銨根離子，
故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；NH₄⁺；
（6）由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計算參加反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.008mol；金屬混合物中含有鋁0.008mol；
設(shè)鐵為xmol，Al為0.008mol，生成硝酸銨為：（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，由于顯示過量，鐵反應(yīng)生成了硝酸鐵，由電子守恒可知，3x+0.008×3=0.012×8，解得x=0.024mol，即反應(yīng)生成氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.024mol，生成沉淀的總物質(zhì)的量為：0.008mol+0.024mol=0.032mol；
滴加NaOH體積為31ml時，發(fā)生反應(yīng)為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，則C點氫氧化鈉溶液的體積為31mL-$\frac{0.024mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L-$\frac{0.008mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L=7mL，
 故答案為：0.032；7．

點評 本題考查鋁熱反應(yīng)，金屬與硝酸的反應(yīng)、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計算等知識點，難度和題量較大，明確圖中各階段的反應(yīng)實質(zhì)，然后據(jù)此判斷出硝酸的還原產(chǎn)物以及電子轉(zhuǎn)移守恒的運用是解題關(guān)鍵．