Question

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.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：__________(填“合理”或“不合理”)
（1）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            ，
反应的离子方程式为                                           。
（2）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是           (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：

（3）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为__________
（4）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__________
（5）上述现象说明溶液中________________结合OH^－的能力比________强（填离子符号）。
（6）B点对应的沉淀的物质的量为________mol，C点对应的氢氧化钠溶液的体积为_______mL。

Answer 1

（1）合理
（2）NaOH溶液；2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
（3）B
（4）H⁺+OH^-═H₂O
（5）NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O； H⁺ Al³⁺ Fe³⁺ ；NH₄⁺
（6）0.032   7

解析试题分析：（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。
（2）铝与NaOH溶液反应生成气体，反应的化学方程式为2Al+2OH^-+H₂O=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。
（3）A选项，浓硫酸易使铁、铝钝化，不能使合金溶解，故A错误；B选项，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选项，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选项铁不与NaOH溶液反应，不能将熔融物全部溶解，故D错误。
（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-E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，所以溶液中的离子结合OH^-的能力最强的是氢离子，最弱的是铵根离子。
（6）沉淀的总量可根据NH₄⁺的量，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 得出n(NH₄⁺)=(34-31)×10^-3L×4mol/L="0.012" mol，根据氧化还原反应，N元素由+5价变为-3价，而金属都由0价变为+3价，可以运用电子守恒得出金属的物质的量为0.012mol×8/3=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↓，可计算得出C点氢氧化钠溶液的体积为31ml - ×10³ml/L=7ml。
考点：实验设计评价、氧化还原反应、化学计算。