Question

1．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（必修加选修）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↑．
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）与产生沉淀的物质的量（mol）的关系如图所示．
请回答下列问题：
（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．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．
（2）B与A的差值为0.008mol，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；
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；根据题意熔融物与稀硝酸反应产生了硝酸铵，D与E一段沉淀的量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应；
（2）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，利用电子守恒及发生的化学反应来计算．

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↑；
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；根据题意熔融物与稀硝酸反应产生了硝酸铵，D与E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：H⁺+OH^-═H₂O；NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；
（2）由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL，则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，金属混合物中含有铝0.008mol，即为B、A的差值，
设铁为xmol，Al为0.008mol，生成硝酸铵为：（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，由于硝酸过量，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-$\frac{0.008mol×3}{4mol/L}$×1000L=7mL，
故答案为：0.008；0.032；7．

点评 本题考查较为综合，涉及铝热反应，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，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．