Question

4．某研究性學習小組對鋁熱反應（以鋁和氧化鐵反應為例）實驗進行研究．請回答下列問題：
（1）鋁熱反應是氧化還原反應，在反應中金屬鋁被氧化（填“氧化”或“還原”）．
（2）甲同學認為，鋁熱反應所得到的熔融物中應含有鐵、鋁兩種金屬．如設計一個簡單的實驗方案證明該熔融物中含有金屬鋁，則實驗所需用的試劑為NaOH溶液，可觀察到的實驗現(xiàn)象是有無色氣體放出．
（3）乙同學認為鋁熱反應得到的熔融物中可能含有Fe₂O₃，他設計了如下實驗方案來驗證：取一塊該溶融物投入到少量稀硫酸中，反應一段時間后，向反應后的混合液中滴加KSCN溶液，觀察溶液顏色的變化，即可證明熔融物中是否含有Fe₂O₃．則：該同學的實驗方案不合理（填“合理”或“不合理”）；若不合理，原因是Fe³⁺易被Fe、Al還原成Fe²⁺（若合理則不用填寫）．
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應后，收集到標準狀況下的氣體336mL．經(jīng)過濾、洗滌、烘干后得到12.8g固體，向該固體中滴加4.0mol•L^-1的硫酸至恰好溶解時消耗硫酸體積為55mL，在反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)．求23.37
g熔融物中各成分的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鋁元素的化合價變化判斷鋁的性質(zhì)；
（2）鋁能和強堿反應生成偏鋁酸鹽和氫氣，而鐵不與強堿溶液反應；
（3）鐵離子能夠與鋁、鐵發(fā)生反應生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗；
（4）氧化鋁和金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應，根據(jù)生成氫氣的體積計算出金屬鋁的質(zhì)量；根據(jù)溶于氫氧化鈉溶液后固體減少的質(zhì)量為氧化鋁和鋁的質(zhì)量計算出氧化鋁的質(zhì)量；12.8g為鐵和氧化鐵的質(zhì)量，根據(jù)反應后生成的是亞鐵離子及硫酸的物質(zhì)的量計算出鐵和液體的物質(zhì)的量及質(zhì)量．

解答 解：（1）鋁熱反應中鋁作氧化劑，鋁失電子化合價升高被氧化，反應中體現(xiàn)出其還原性，
故答案為：氧化；
（2）鋁能和強堿反應生成鹽和氫氣，鐵和氫氧化鈉溶液不反應，所以要驗證含有鋁所需用的試劑為氫氧化鈉溶液，觀察到的現(xiàn)象是溶液中有氣泡出現(xiàn)，
故答案為：NaOH溶液；有無色氣體放出；
（3）由于鐵離子檢驗氧化性，能夠與鐵、鋁發(fā)生反應生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗，所以該方法不合理，
故答案為：不合理；Fe³⁺易被Fe、Al還原成Fe²⁺；
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應后，收集到標準狀況下的氣體336mL，該氣體為氫氣，反應的方程式為：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑，標況下336mL氫氣的物質(zhì)的量為：n（H₂）=$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，則反應消耗的鋁的物質(zhì)的量為：n（Al）=$\frac{2}{3}$n（H₂）=0.015mol×$\frac{2}{3}$=0.01mol，混合物中含有鋁的質(zhì)量為：27g/mol×0.01mol=0.27g；
經(jīng)過濾，洗滌，烘干后得到12.8g固體，固體減的質(zhì)量為：23.37g-12.8g=10.57g，減少的質(zhì)量為氧化鋁和鋁的質(zhì)量之和，所以混合物中氧化鋁的質(zhì)量為：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固體為Fe和氧化鐵的混合物，向該固體中滴加4.0mol•L的硫酸至恰好溶解時消耗硫酸體積為55mL，在反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)，說明反應恰好生成硫酸亞鐵，設鐵的物質(zhì)的量為x，氧化鐵的物質(zhì)的量為y，則：①56x+160y=12.8g，再根據(jù)鐵元素守恒及硫酸亞鐵的組成可知，鐵元素的物質(zhì)的量大于硫酸根離子的物質(zhì)的量，即：②x+2y=4.0mol•L×0.055L，
根據(jù)①②聯(lián)立解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.2mol}\\{y=0.01mol}\end{array}\right.$，
所以混合物中鐵的質(zhì)量為：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化鐵的質(zhì)量為：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的質(zhì)量為：0.27g鋁、10.3g氧化鋁、11.2g鐵、1.6g氧化鐵．

點評 本題考查了鋁熱反應原理、化學方程式的計算，題目難度中等，注意掌握鋁熱反應原理，明確根據(jù)化學方程式進行化學計算的方法，（4）為難點、易錯點，注意合理分析質(zhì)量變化及發(fā)生的反應．