Question

4．某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究．现行高中化学教材中对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”．查阅《化学手册》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔点、沸点数据如下：

物质	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔点/℃	660	2054	1535	1462
沸点/℃	2467	2980	2750	--

Ⅰ．（1）某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金．理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金．你认为他的解释是否合理？答：合理（填“合理”或“不合理”）．
（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝．该实验所用试剂是NaOH溶液，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是B（填序号）．
A．浓硫酸          B．稀硫酸         C．稀硝酸          D．氢氧化钠溶液
Ⅱ．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．某同学取一定量上述的熔融物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：
（4）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为H⁺+OH^-═H₂O．
（5）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NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，上述现象说明溶液中Al³⁺、Fe³⁺、H⁺结合OH^-的能力比NH₄⁺强（填离子符号）．
（6）B点对应的沉淀的物质的量为0.032mol，C点对应的氢氧化钠溶液的体积为7mL．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金；
（2）根据铝与NaOH溶液反应的性质设计实验方案；
（3）A．浓硫酸易使铁、铝钝化，不能使合金溶解；
B．活泼金属与稀硫酸反应；
C．稀硝酸与金属反应生成污染性气体；
D．铁不与NaOH溶液反应；
Ⅱ．（4）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，以此书写反应的离子方程式；
（5）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，以此书写离子方程式；根据反应顺序确定结合OH^-的能力；
（6）B与A的差值为氢氧化铝的物质的量，由EF段消耗的氢氧化钠，根据Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物质的量；再根据电子守恒计算出铁的物质的量，据此可以计算出沉淀氢氧化铝、氢氧化铁的物质的量；再根据31mL时反应情况计算出C点氢氧化铁溶液体积．

解答 解：Ⅰ．（1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金，
故答案为：合理；
（2）铝与NaOH溶液反应生成气体，反应的化学方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以可用NaOH溶液检验所得的块状熔融物中含有金属铝，
故答案为：NaOH溶液；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）A．浓硫酸易使铁、铝钝化，不能使合金溶解，故A错误；
B．活泼金属与稀硫酸反应，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正确；
C．稀硝酸与金属反应生成污染性气体，不是最佳选择，故C错误；
D．铁不与NaOH溶液反应，不能将熔融物全部溶解，故D错误；
故答案为：B；
Ⅱ．（4）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，离子方程式为H⁺+OH^-═H₂O，
故答案为：H⁺+OH^-═H₂O；
（5）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，该反应为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；说明硝酸被还原生成了铵根离子，；
上述现象说明溶液中最先结合OH^-是氢离子，然后为Al³⁺、Fe³⁺，最后结合OH^-是铵根离子，所以溶液中的离子结合OH^-的能力最强的是氢离子，最弱的是铵根离子，
故答案为：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；NH₄⁺；
（6）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的物质的量为：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；金属混合物中含有铝0.008mol；
设铁为xmol，Al为0.008mol，生成硝酸铵为：（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，由于显示过量，铁反应生成了硝酸铁，由电子守恒可知，3x+0.008×3=0.012×8，解得x=0.024mol，即反应生成氢氧化铁的物质的量为0.024mol，生成沉淀的总物质的量为：0.008mol+0.024mol=0.032mol；
滴加NaOH体积为31ml时，发生反应为①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，则C点氢氧化钠溶液的体积为31mL-$\frac{0.024mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L-$\frac{0.008mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L=7mL，
 故答案为：0.032；7．

点评 本题考查铝热反应，金属与硝酸的反应、离子方程式的书写、氧化还原反应、化学计算等知识点，难度和题量较大，明确图中各阶段的反应实质，然后据此判断出硝酸的还原产物以及电子转移守恒的运用是解题关键．