Question

9．有一铝粉和Fe₃O₄粉末组成的铝热剂，在隔绝空气的条件下加热使之充分反应．将反应后所得混合物研细，并分成均匀的两等份，在一份中加足量的氢氧化钠溶液，另一份中加入足量的盐酸，反应后，前者消耗m mol NaOH，放出气体0.336L；后者消耗n mol HCl，放出气体V L，若将等质量的铝热剂直接与足量稀硫酸作用，可得3.36L气体（上述气体体积均已换算成标准状况）．求：
（1）该铝热剂中各组分的质量分数；
（2）m，n，V的值．

Answer 1

分析 （1）铝热剂直接与H₂SO₄作用时产生气体的反应：2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，根据氢气的量可以求出Al 的质量；
铝热反应后的混合物遇NaOH能放出H₂，表明铝热反应Al剩余，则：2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（HO）₄]+3H₂↑，根据氢气的量求出Al的量，根据发生铝热反应的铝量结合方程式计算出Fe₃O₄的质量；
（2）加NaOH溶液后Al元素全部转化为NaAlO₂，根据元素守恒计算NaOH；加HCl后生成FeCl₂和AlCl₃，根据元素守恒计算消耗的HCl；发生铝热反应后，混合固体为Al、Al₂O₃和Fe，根据方程式计算氢气的体积V．

解答 解：（1）铝热剂直接与H₂SO₄作用时产生气体的反应：
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃ +3H₂↑
54.0 g                                   67.2 L
m（Al）                                   3.36 L
解得：m（Al）=$\frac{54g×3.36L}{67.2L}$=2.70g，
铝热反应后的混合物遇NaOH能放出H₂，表明铝热反应Al剩余，则：
2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（HO）₄]+3H₂↑
54.0g                                                        67.2 L
m（Al）                                                        0.336L
解得：m_余（Al）=0.540 g
铝热剂中Fe₃O₄的质量：
3Fe₃O₄ +8Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe
696 g               216 g
m（Fe₃O₄）    2.70g-0.540g
则：m（Fe₃O₄）=$\frac{（2.70g-0.540g）×696g}{216g}$=6.96 g
则：w（Al）=$\frac{2.7g}{6.96g+2.7g}$×100%=28%，
ww（Fe₃O₄）=$\frac{6.96g}{6.96g+2.7g}$×100%=72%；
答：铝热剂中铝的质量分数为28%，Fe₃O₄的质量分数为72%．
（2）加NaOH溶液后Al元素全部转化为NaAlO₂，n（NaOH）=n（Al）=$\frac{2.7g}{54g/mol}$=0.05mol；
加HCl后生成FeCl₂和AlCl₃，n（HCl）=2n（FeCl₂）+3n（AlCl₃）=$\frac{6.96}{232}$mol×3×2+0.05mol×3=0.33mol，
Al与Hcl反应生成的氢气为0.336L，Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，则n（H₂）=n（Fe）=$\frac{6.96}{232}$mol×3=0.09mol，所以V=0.336L+0.09mol×22.4L/mol=2.352L；
答：m=0.05mol，n=0.33mol，V=2.352L．

点评 本题考查化学方程式计算，题目难度中等，注意利用原子守恒进行解答，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．