Question

9．有一鋁粉和Fe₃O₄粉末組成的鋁熱劑，在隔絕空氣的條件下加熱使之充分反應．將反應后所得混合物研細，并分成均勻的兩等份，在一份中加足量的氫氧化鈉溶液，另一份中加入足量的鹽酸，反應后，前者消耗m mol NaOH，放出氣體0.336L；后者消耗n mol HCl，放出氣體V L，若將等質量的鋁熱劑直接與足量稀硫酸作用，可得3.36L氣體（上述氣體體積均已換算成標準狀況）．求：
（1）該鋁熱劑中各組分的質量分數；
（2）m，n，V的值．

Answer 1

分析 （1）鋁熱劑直接與H₂SO₄作用時產生氣體的反應：2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂↑，根據氫氣的量可以求出Al 的質量；
鋁熱反應后的混合物遇NaOH能放出H₂，表明鋁熱反應Al剩余，則：2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（HO）₄]+3H₂↑，根據氫氣的量求出Al的量，根據發(fā)生鋁熱反應的鋁量結合方程式計算出Fe₃O₄的質量；
（2）加NaOH溶液后Al元素全部轉化為NaAlO₂，根據元素守恒計算NaOH；加HCl后生成FeCl₂和AlCl₃，根據元素守恒計算消耗的HCl；發(fā)生鋁熱反應后，混合固體為Al、Al₂O₃和Fe，根據方程式計算氫氣的體積V．

解答 解：（1）鋁熱劑直接與H₂SO₄作用時產生氣體的反應：
2Al+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃ +3H₂↑
54.0 g                                   67.2 L
m（Al）                                   3.36 L
解得：m（Al）=$\frac{54g×3.36L}{67.2L}$=2.70g，
鋁熱反應后的混合物遇NaOH能放出H₂，表明鋁熱反應Al剩余，則：
2Al+2NaOH+6H₂O=2Na[Al（HO）₄]+3H₂↑
54.0g                                                        67.2 L
m（Al）                                                        0.336L
解得：m_余（Al）=0.540 g
鋁熱劑中Fe₃O₄的質量：
3Fe₃O₄ +8Al $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe
696 g               216 g
m（Fe₃O₄）    2.70g-0.540g
則：m（Fe₃O₄）=$\frac{（2.70g-0.540g）×696g}{216g}$=6.96 g
則：w（Al）=$\frac{2.7g}{6.96g+2.7g}$×100%=28%，
ww（Fe₃O₄）=$\frac{6.96g}{6.96g+2.7g}$×100%=72%；
答：鋁熱劑中鋁的質量分數為28%，F(xiàn)e₃O₄的質量分數為72%．
（2）加NaOH溶液后Al元素全部轉化為NaAlO₂，n（NaOH）=n（Al）=$\frac{2.7g}{54g/mol}$=0.05mol；
加HCl后生成FeCl₂和AlCl₃，n（HCl）=2n（FeCl₂）+3n（AlCl₃）=$\frac{6.96}{232}$mol×3×2+0.05mol×3=0.33mol，
Al與Hcl反應生成的氫氣為0.336L，F(xiàn)e+2HCl=FeCl₂+H₂↑，則n（H₂）=n（Fe）=$\frac{6.96}{232}$mol×3=0.09mol，所以V=0.336L+0.09mol×22.4L/mol=2.352L；
答：m=0.05mol，n=0.33mol，V=2.352L．

點評 本題考查化學方程式計算，題目難度中等，注意利用原子守恒進行解答，側重于考查學生的分析能力和計算能力．