Question

20．按要求回答下列問題：
（1）實驗室鋁粉和Fe₂O₃作鋁熱反應實驗，鋁熱反應的方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，該實驗中除用到鋁粉和Fe₂O₃外，需要的試劑還有ab（填編號）．
a．KClO₃      b．Mg    c．MnO₂    d．KCl
（2）據文獻報道，在實際反應中鋁熱反應的產物成分較為復雜．某課題組對鋁熱反應產物的成分進行探究，經成分分析，發(fā)現(xiàn)主要得到甲和乙兩種產物．甲由具有相同電子層結構的陰、陽離子構成；乙是一種鐵鋁的金屬互化物（可用Fe_xAl_y表示），取該合金粉末2.47g，滴加足量濃NaOH溶液，充分攪拌、過濾、洗滌得固體．再將所得固體在空氣中充分加熱、灼燒得紅棕色粉末1.60g．
①甲的化學式為Al₂O₃，乙中x=2，y=5．
②甲的晶體是耐高溫材料，用此材料做成的坩堝，不能用來熔融NaOH，用化學方程式解釋其原因Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；
含二氧化硅材料做成的坩堝不能（填“能”或“不能”）用來熔融NaOH．
③如圖表示室溫下相同組分的乙分別在兩種不同的酸中的腐蝕情況，由圖可知，乙在65%濃硝酸中具有比較強的抗腐蝕性，原因可能是遇濃硝酸表面鈍化，阻礙進一步反應．
④研究發(fā)現(xiàn)鋁熱反應后期溫度高達2000℃以上時會有極微量的Al₄C₃生成，Al₄C₃遇水會產生一種氣體，該氣體的分子式為CH₄．[已知CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑]
（3）鎂鋁互化物（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的貯氫材料，該金屬互化物在一定條件下完全吸氫的反應方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂═17MgH₂+12Al．得到的混合物在6.0mol•L^-1HCl中，能完全釋放出H₂．1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物與上述鹽酸完全反應，釋放出H₂的物質的量為52mol．

Answer 1

分析 （1）鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應生成氧化鋁和鐵，據此寫出反應的化學方程式；該實驗中除用到鋁粉和Fe₂O₃外，需要的試劑還有氯酸鉀和鎂；
（2）①甲由具有相同電子層結構的陰、陽離子構成，則甲為Al₂O₃；灼燒得到的紅棕色粉末1.60g應該是氧化鐵，計算出氧化鐵的物質的量，根據鐵原子守恒可知鐵的物質的量是及質量，從而得出合金中鋁的質量，根據n=$\frac{m}{M}$計算出鋁物質的量，就可以得出x：y；
②在加熱的條件下氧化鋁與氫氧化鈉反應生成Na[Al（OH）]₄；由于二氧化硅與能與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，所以含二氧化硅材料做成的坩堝不能用來熔融NaOH；
③結合圖象可知乙在65%濃硝酸中具有比較強的抗腐蝕性，這是由于常溫下遇濃硝酸表面鈍化，阻礙進一步反應；
④Al₄C₃遇水會產生一種氣體，則根據CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑可推測，Al₄C₃與水反應生成氫氧化鋁和甲烷；
（3）1 mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后可以吸收17mol氫氣，因此釋放時可以再釋放出17mol氫氣，同時鎂和鋁也分別都能與鹽酸反應放出氫氣；1 mol Mg₁₇Al₁₂中含有17mol鎂、12mol鋁，計算出鋁和鎂與鹽酸反應生成的氫氣的物質的量，便可得到1mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物與上述鹽酸完全反應，釋放出H₂的物質的量．

解答 解：（1）鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應的方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；該實驗中除用到鋁粉和Fe₂O₃外，需要的試劑還有氯酸鉀和鎂，故ab正確，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；ab；
（2）①甲由具有相同電子層結構的陰、陽離子構成，則甲是Al₂O₃；取該合金粉末2.47g，滴加足量濃NaOH溶液，其中鋁溶解轉化為偏鋁酸鈉，充分攪拌、過濾、洗滌得固體鐵．再將所得固體在空氣中充分加熱、灼燒得紅棕色粉末1.60g，所以紅棕色粉末應該是氧化鐵，物質的量為：$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol；根據鐵原子守恒可知鐵的物質的量是0.02mol，質量是0.02mol×56g/mol=1.12g，因此合金中鋁的質量是2.47g-1.12g=1.35g，物質的量為：$\frac{1.35g}{27g/mol}$=0.05mol，所以x：y=0.02：0.05=2：5，則x=2、y=5，
故答案為：Al₂O₃；2，5；
②在加熱的條件下氧化鋁與氫氧化鈉反應，反應的化學方程式為：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；
二氧化硅與能與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，所以含二氧化硅材料做成的坩堝不能用來熔融NaOH，
故答案為：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O═2Na[Al（OH）]₄；不能；
③根據圖象可知乙在65%濃硝酸中具有比較強的抗腐蝕性，這是由于常溫下遇濃硝酸表面鈍化，阻礙進一步反應，
故答案為：65%濃硝酸；遇濃硝酸表面鈍化，阻礙進一步反應（只要體現(xiàn)出“鈍化”即可）；
④Al₄C₃遇水會產生一種氣體，則根據CaC₂+2H₂O═Ca（OH）₂+C₂H₂↑可推測，Al₄C₃與水反應生成氫氧化鋁和甲烷，因此該氣體的分子式為：CH₄，
故答案為：CH₄；
（3）1 mol Mg₁₇Al₁₂完全吸氫后可以吸收17mol氫氣，因此釋放時可以再釋放出17mol氫氣，同時鎂和鋁也分別都能與鹽酸反應放出氫氣；1 mol Mg₁₇Al₁₂中含有17mol鎂、12mol鋁，與元素反應分別放出17mol氫氣和12mol×$\frac{3}{2}$=18mol氫氣，則得到的混合物與上述鹽酸完全反應，釋放出氫氣的物質的量為：17mol+17mol+18mol=52mol，
故答案為：52mol．

點評 本題考查金屬鎂、鋁、鐵等有關性質與計算，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學計算能力，注意掌握鋁熱反應原理，明確常見金屬單質及其化合物性質．