Question

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，最低可以还原到﹣3价．某同学取一定量的铁铝合金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4mol•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）请写出该合金中铁与硝酸反应的离子方程式　　．

（2）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为　　．

（3）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　．

（4）B与A的差值为　　mol．

（5）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

考点： 离子方程式的有关计算． 

分析： 铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，通过题意，反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了﹣3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：

①H⁺+OH^﹣=H₂O，

②Fe³⁺+3OH^﹣=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^﹣=Al（OH）₃↓，

③NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O，

④Al（OH）₃ +OH^﹣=AlO₂^﹣+2H₂O．

（1）金属铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，据此回答；

（2）O→C 之间没有沉淀生成，说明硝酸过量，O→C之间发生的反应酸碱中和反应；

（3）D与E一段沉淀的量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应；

（4）E与F之间沉淀的量减少，为Al（OH）₃溶解在氢氧化钠溶液中，利用发生的化学反应来计算；

（5）沉淀的总量可根据NH₄⁺的量，根据NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O 得出n（NH₄⁺），根据氧化还原反应，N元素由+5价变为﹣3价，而金属都由0价变为+3价，可以运用电子守恒得出金属的物质的量．

解答： 解：铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，通过题意，反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了﹣3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：

①H⁺+OH^﹣=H₂O，

②Fe³⁺+3OH^﹣=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^﹣=Al（OH）₃↓，

③NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O，

④Al（OH）₃ +OH^﹣=AlO₂^﹣+2H₂O

（1）根据图示得到的溶液和氢氧化钠反应产生沉淀的情况可以知道，金属铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：8Fe+30H⁺+3NO₃^﹣=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，故答案为：8Fe+30H⁺+3NO₃^﹣=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；

（2）OC之间没有沉淀生成，说明硝酸过量，OC之间发生的反应酸碱中和反应，离子方程式为H⁺+OH^﹣═H₂O，故答案为：H⁺+OH^﹣═H₂O；

（3）DE一段沉淀的量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O，故答案为：NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O；

（4）由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL﹣34m=2mL，故该计算参加反应的氢氧化钠为0.002L×4mol/L=0.008mol，根据Al（OH）₃ +OH^﹣=AlO₂^﹣+2H₂O可知，Al（OH）₃的物质的量为0.008mol，即为B、A的差值，故答案为：0.008；

（5）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生的离子方程式为H⁺+OH^﹣=H₂O；在DE段沉淀的物质的量没有变化，应为NH₄⁺和OH^﹣的反应，此阶段发生反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O；根据NH₄⁺+OH^﹣═NH₃•H₂O 得：n（NH₄⁺）=（34﹣31）×10^﹣3L×4mol/L=0.012 mol，根据氧化还原反应，N元素由+5价变为﹣3价，而金属都由0价变为+3价，可以运用电子守恒得出金属的物质的量为：=0.032mol，所以生成沉淀的物质的量为0.032mol，

设Mg为xmol，Al为0.008mol，生成硝酸铵为（34﹣31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，

由电子守恒可知，2x+0.008×3=0.012×8，

解得x=0.036mol，

滴加NaOH体积为31ml时，

发生反应为①H⁺+OH^﹣=H₂O，②Mg²⁺+2OH^﹣=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+3OH^﹣=Al（OH）₃↓，

则C点氢氧化钠溶液的体积为31mL﹣×1000mL﹣×1000L=7mL，

故答案为：0.032；7．

点评： 本题考查金属与硝酸的反应、氧化还原反应、化学计算等知识点，属于中等难度试题，解答此题关键是判断出硝酸的还原产物以及电子转移守恒的运用．