Question

5．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的熔点、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？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，在下列试剂中最适宜的试剂是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过量的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）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．
（2）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）．
（3）B与A的差值为0.08mol．
（4）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．（1）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，以此书写离子方程式；
（2）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；
（3）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；
（4）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．（1）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；
（2）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，
上述现象说明溶液中最先结合OH^-是氢离子，最后结合OH^-是铵根离子，所以溶液中Al³⁺、Fe³⁺、H⁺离子结合OH^-的能力强于铵根离子，
故答案为：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O； Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；NH₄⁺；
（3）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，
故答案为：0.008；
（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，涉及离子方程式的书写、氧化还原反应、化学计算等知识点题目，题目难度较大，注意明确图中各阶段发生反应的实质，能够正确判断出硝酸的还原产物为解题关键．