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．现有一定量铝粉和铁粉的混合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 NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积（mL）与产生沉淀的物质的量（mol）关系如图所示．
问题：（1）铁粉与铝粉的混合物与该浓度硝酸反应后，溶液中的阳离子除了Al³⁺、Fe³⁺、另外还有

NH₄⁺

、

H⁺

（填离子符号）
（2）B与A的差值为

0.008

mol
（3）写出DE段离子反应方程式

NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O

（4）原混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为

1：3

．
（5）原硝酸溶液中含硝酸的物质的量为

0.148

mol．

Answer 1

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）根据发生的反应确定，溶液中含有的离子；
（2）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；
（3）DE段为铵根离子与氢氧根离子反应生成一水合氨；
（4）根据DE段消耗的氢氧化钠计算溶液中n（NH₄⁺），根据（3）中计算可知Al（OH）₃的物质的量，再根据电子转移守恒，计算Fe的物质的量；
（5）由反应过程可知，到加入氢氧化钠为31mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，根据钠元素守恒计算硝酸钠，根据（4）的计算可知n（NH₄⁺），进而可得n（NH₄NO₃），根据氮元素守恒计算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）．

解答：解：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）由上述分析可知，溶液中的阳离子有Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺、H⁺，
故答案为：NH₄⁺、H⁺；
（2）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：0.008mol；
（3）由上述分析可知，DE段为铵根离子与氢氧根离子反应生成一水合氨，反应离子方程式为：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
故答案为：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；
（4）由图可知，DE段消耗的氢氧化钠的体积为34mL-31m=3mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0.003L×4mol/L=0.012mol，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，计算溶液中n（NH₄⁺）=0.012ml，根据（3）中计算可知n[Al（OH）₃]=0.008mol，根据铝元素守恒，故混合金属中n（Al）=0.008mol，根据电子转移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），
即3n（Fe）+3×0.008mol=8×0.012mol，解得n（Fe）=0.024mol，
故原混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为0.008mol：0.024mol=1：3，
故答案为：1：3；
（5）由反应过程可知，到加入氢氧化钠为31mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，根据钠元素守恒，
可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.031L×4mol/L=0.124mol，
根据（4）的计算可知n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.012mol，
根据氮元素守恒计算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.124mol+0.012mol×2=0.148mol，
故答案为：0.148．

点评：本题考查金属与硝酸的反应、离子方程式的书写、氧化还原反应、化学计算等知识点，难度较大，清楚图中各阶段反应过程，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．