Question

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，甚至产生 NH⁺₄．现有一定量铝粉和铁粉的混合物与一定体积某浓度 的稀硝酸充分反应，反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶液中，逐滴加入 5mol?L^-1的 NaOH溶液，所加 NaOH 溶液的体积（mL）与产生的沉淀的物质的量关系如图所示．则 
（1）B 与 A 的差值为

 

mol
（2）写出 DE 段发生反应的离子方程

 

（3）原硝酸的物质的量是

 

mol
（4）铝粉和铁粉的混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为

 

．

Answer 1

考点：铝的化学性质,镁、铝的重要化合物,铁的化学性质

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，通过题意，反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了-3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
（1）B 与 A 的差值为氢氧化铝的物质的量，计算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；
（2）由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应；
（3）根据N元素守恒计算硝酸的物质的量；
（4）Al（OH）₃的物质的量为0.05mol，根据铝元素守恒，n（Al）=0.05mol，根据电子转移守恒求得n（Fe）=0.03mol，据此求出混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比．

解答： 解：铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀HNO₃充分反应，被氧化为Al³⁺、Fe³⁺，通过题意，反应始终没有气体生成，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了-3价，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
（1）B 与 A 的差值为氢氧化铝的物质的量，计算EF段消耗的氢氧化钠，由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为104mL-94mL=10mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0.01L×5mol/L=0.05mol，根据Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物质的量为0.05mol，
故答案为：0.05；
（2）由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，可得与NH₄⁺发生了反应，NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
故答案为：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；
（3）由反应过程可知，到加入氢氧化钠为88mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.03mol，根据钠元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.088L×5mol/L=0.44mol，根据氮元素守恒计算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.44mol+0.03mol×2=0.5mol，
故答案为：0.5；
（4）Al（OH）₃的物质的量为0.05mol，根据铝元素守恒，故混合金属中n（Al）=0.05mol，由图可知，DE段消耗的氢氧化钠的体积为94mL-88mL=6mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0.006L×5mol/L=0.03mol，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，计算溶液中n（NH₄⁺）=0.03ml，根据电子转移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.05mol=8×0.03mol，解得n（Fe）=0.03mol，混合金属中n（Al）=0.05mol、n（Fe）=0.03mol，样品中铝粉和铁粉的物质的量之比为5：3，
故答案为：5：3．

点评：本题考查混合物的计算，题目难度较大，本题注意根据图象判断各阶段反应的情况，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，注意从质量守恒的角度结合反应的关系式计算．