Question

【題目】某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究。現(xiàn)行高中化學教材中對“鋁熱反應” 的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有 熔融物落人沙中”。査閱《化學手冊》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸點數(shù)據(jù)如下：

物質(zhì)	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2 054	1535	1462
沸點/℃	2467	2980	2750	—

I.（1）某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。理由是：該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵的低，此時液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認為他的解釋是否合理：________(填“合理”或“不合理”）。

（2）設汁一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是________，反應的離子方程式為___________。

II.實驗研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低。某同學取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出。若鐵被氧化為Fe3+，在反應結(jié)束后的溶液中，逐滴加入4mol/L的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL)與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量（mol）的關(guān)系如圖所示。

回答下列問題：

（1）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發(fā)生反應的離子方程式為____________。在DE段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應的離子方程式為____________。

（2）B與A的差值為_________mol。B點對應的沉淀的物質(zhì)的量為___________mol，C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為____________mL。

Answer 1

【答案】I（1）合理 （2）NaOH溶液 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

II（1） H++OH-=H2O NH4++OH-=NH3·H2O；（2）0.008 0.032mol 7mL

【解析】試題分析：I．（1）該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時反應產(chǎn)生的液態(tài)的鐵和過量的鋁熔合形成鐵鋁合金。所以他的解釋是合理的；

（2）利用Al能夠與強堿溶液發(fā)生反應產(chǎn)生氫氣，而Fe與Al不能發(fā)生反應的性質(zhì)加以驗證，所以該實驗所用試劑是NaOH溶液，反應的化學方程式是：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

II．（1）向用硝酸溶解該金屬的溶液中加入NaOH溶液，無沉淀產(chǎn)生，是由于酸過量，加入的NaOH首先與過量的酸發(fā)生中和反應，所以OC段離子方程式是：H++OH-=H2O；

（2）在CD段溶液中的Fe3+、Al3+發(fā)生沉淀反應形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；在DE段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，是因為在DE段NaOH溶液與硝酸被還原為NH4NO3,二者發(fā)生復分解反應，離子方程式是：NH4++ OH-=NH3·H2O；

（3）在EF段NaOH溶解Al(OH)3沉淀，離子方程式是：Al(OH)3+ OH-=AlO2-+ 2H2O。溶解Al(OH)3消耗的NaOH的物質(zhì)的量是n(NaOH)=4mol/L×0.002L=0.008mol，所以根據(jù)反應方程式中二者的物質(zhì)的量關(guān)系可知：n(Al(OH)3)=0.008mol，產(chǎn)生Al(OH)3沉淀消耗的NaOH溶液的體積是6mL；根據(jù)反應方程式NH4++ OH-=NH3·H2O 可知：n(NH4+) = 4mol/L × 0.003L = 0.012mol，n(e-) =" 0.012mol" × 8 = 0.096mol。Fe、Al都是+3價的金屬，由于在反應過程中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等，所以n(Fe)+n(Al) =" 0.096mol÷3" = 0.032mol，所以在B點對應的沉淀的物質(zhì)的量與金屬的物質(zhì)的量相等，為0.032mol；使Al3+、Fe3+形成沉淀消耗的NaOH的物質(zhì)的量與電子的物質(zhì)的量相等，是0.096mol，則其消耗NaOH溶液的體積是V（NaOH） =" 0.096mol" ÷4mol/L =" 0.024L" = 24mL，所以 C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為31mL-24mL = 7mL。