Question

20．按要求回答下列问题：
（1）实验室铝粉和Fe₂O₃作铝热反应实验，铝热反应的方程式为2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，该实验中除用到铝粉和Fe₂O₃外，需要的试剂还有ab（填编号）．
a．KClO₃      b．Mg    c．MnO₂    d．KCl
（2）据文献报道，在实际反应中铝热反应的产物成分较为复杂．某课题组对铝热反应产物的成分进行探究，经成分分析，发现主要得到甲和乙两种产物．甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成；乙是一种铁铝的金属互化物（可用Fe_xAl_y表示），取该合金粉末2.47g，滴加足量浓NaOH溶液，充分搅拌、过滤、洗涤得固体．再将所得固体在空气中充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g．
①甲的化学式为Al₂O₃，乙中x=2，y=5．
②甲的晶体是耐高温材料，用此材料做成的坩埚，不能用来熔融NaOH，用化学方程式解释其原因Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；
含二氧化硅材料做成的坩埚不能（填“能”或“不能”）用来熔融NaOH．
③如图表示室温下相同组分的乙分别在两种不同的酸中的腐蚀情况，由图可知，乙在65%浓硝酸中具有比较强的抗腐蚀性，原因可能是遇浓硝酸表面钝化，阻碍进一步反应．
④研究发现铝热反应后期温度高达2000℃以上时会有极微量的Al₄C₃生成，Al₄C₃遇水会产生一种气体，该气体的分子式为CH₄．[已知CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑]
（3）镁铝互化物（Mg₁₇Al₁₂）是一种潜在的贮氢材料，该金属互化物在一定条件下完全吸氢的反应方程式为Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al．得到的混合物在6.0mol•L^-1HCl中，能完全释放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后得到的混合物与上述盐酸完全反应，释放出H₂的物质的量为52mol．

Answer 1

分析 （1）铝与氧化铁发生铝热反应生成氧化铝和铁，据此写出反应的化学方程式；该实验中除用到铝粉和Fe₂O₃外，需要的试剂还有氯酸钾和镁；
（2）①甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成，则甲为Al₂O₃；灼烧得到的红棕色粉末1.60g应该是氧化铁，计算出氧化铁的物质的量，根据铁原子守恒可知铁的物质的量是及质量，从而得出合金中铝的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算出铝物质的量，就可以得出x：y；
②在加热的条件下氧化铝与氢氧化钠反应生成Na[Al（OH）]₄；由于二氧化硅与能与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，所以含二氧化硅材料做成的坩埚不能用来熔融NaOH；
③结合图象可知乙在65%浓硝酸中具有比较强的抗腐蚀性，这是由于常温下遇浓硝酸表面钝化，阻碍进一步反应；
④Al₄C₃遇水会产生一种气体，则根据CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑可推测，Al₄C₃与水反应生成氢氧化铝和甲烷；
（3）1 mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后可以吸收17mol氢气，因此释放时可以再释放出17mol氢气，同时镁和铝也分别都能与盐酸反应放出氢气；1 mol Mg₁₇Al₁₂中含有17mol镁、12mol铝，计算出铝和镁与盐酸反应生成的氢气的物质的量，便可得到1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后得到的混合物与上述盐酸完全反应，释放出H₂的物质的量．

解答 解：（1）铝与氧化铁发生铝热反应的方程式为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；该实验中除用到铝粉和Fe₂O₃外，需要的试剂还有氯酸钾和镁，故ab正确，
故答案为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；ab；
（2）①甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成，则甲是Al₂O₃；取该合金粉末2.47g，滴加足量浓NaOH溶液，其中铝溶解转化为偏铝酸钠，充分搅拌、过滤、洗涤得固体铁．再将所得固体在空气中充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g，所以红棕色粉末应该是氧化铁，物质的量为：$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol；根据铁原子守恒可知铁的物质的量是0.02mol，质量是0.02mol×56g/mol=1.12g，因此合金中铝的质量是2.47g-1.12g=1.35g，物质的量为：$\frac{1.35g}{27g/mol}$=0.05mol，所以x：y=0.02：0.05=2：5，则x=2、y=5，
故答案为：Al₂O₃；2，5；
②在加热的条件下氧化铝与氢氧化钠反应，反应的化学方程式为：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；
二氧化硅与能与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，所以含二氧化硅材料做成的坩埚不能用来熔融NaOH，
故答案为：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；不能；
③根据图象可知乙在65%浓硝酸中具有比较强的抗腐蚀性，这是由于常温下遇浓硝酸表面钝化，阻碍进一步反应，
故答案为：65%浓硝酸；遇浓硝酸表面钝化，阻碍进一步反应（只要体现出“钝化”即可）；
④Al₄C₃遇水会产生一种气体，则根据CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑可推测，Al₄C₃与水反应生成氢氧化铝和甲烷，因此该气体的分子式为：CH₄，
故答案为：CH₄；
（3）1 mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氢后可以吸收17mol氢气，因此释放时可以再释放出17mol氢气，同时镁和铝也分别都能与盐酸反应放出氢气；1 mol Mg₁₇Al₁₂中含有17mol镁、12mol铝，与元素反应分别放出17mol氢气和12mol×$\frac{3}{2}$=18mol氢气，则得到的混合物与上述盐酸完全反应，释放出氢气的物质的量为：17mol+17mol+18mol=52mol，
故答案为：52mol．

点评 本题考查金属镁、铝、铁等有关性质与计算，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，注意掌握铝热反应原理，明确常见金属单质及其化合物性质．