Question

17．現(xiàn)有一包鋁熱劑是鋁粉和氧化鐵粉末的混合物，在高溫下使之充分反應，將反應后的固體分為兩等份，進行如下實驗（計算pH時假定溶液體積沒有變化）：
①向其中一份固體中加入100mL 2.0mol•L^-1的NaOH溶液，加熱使其充分反應后過濾，測得濾液的pH=14；
②向另一份固體中加入140mL 4.0mol•L^-1的HCl溶液，使固體全部溶解，測得反應后所得溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三種陽離子且pH=0．
（1）計算這包鋁熱劑中鋁的質量和氧化鐵的質量．
（2）計算實驗②產(chǎn)生氣體的體積（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）實驗①中用去n（NaOH）=100 mL×（2.0 mol•L^-1-1.0 mol•L^-1）=0.1 mol
無論是Al還是Al₂O₃，與NaOH溶液反應后都生成NaAlO₂，鋁熱劑中
n（Al）=n（NaOH）×2=0.2 mol；
實驗②所得溶液中，根據(jù)“電荷守恒”有n（H⁺）+2×n（Fe²⁺）+3×n（Al³⁺）=n（Cl^-）
則n（Fe²⁺）=$\frac{{140mL×4.0mol•{L^{-1}}-140mL×1.0mol•{L^{-1}}-3×0.1mol}}{2}$=0.06 mol
鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=n（Fe²⁺）×$\frac{1}{2}$×2=0.06 mol；
根據(jù)m=nM計算Al、氧化鐵的質量；
（2）根據(jù)上述計算結果，②的鋁熱劑中有0.1molAl、0.03molFe₂O₃，根據(jù)反應2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃知，氧化鐵完全反應消耗0.06molAl，所以還剩余0.04molAl，同時生成0.06molFe和0.03mol氧化鋁，
根據(jù)轉移電子相等計算生成氫氣體積．

解答 解：（1）實驗①中用去n（NaOH）=100 mL×（2.0 mol•L^-1-1.0 mol•L^-1）=0.1 mol
無論是Al還是Al₂O₃，與NaOH溶液反應后都生成NaAlO₂，鋁熱劑中
n（Al）=n（NaOH）×2=0.2 mol，m（Al）=0.2mol×27g/mol=5.4 g；
實驗②所得溶液中，根據(jù)“電荷守恒”有n（H⁺）+2×n（Fe²⁺）+3×n（Al³⁺）=n（Cl^-）
則n（Fe²⁺）=$\frac{{140mL×4.0mol•{L^{-1}}-140mL×1.0mol•{L^{-1}}-3×0.1mol}}{2}$=0.06 mol
鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=n（Fe²⁺）×$\frac{1}{2}$×2=0.06 mol，m（Fe₂O₃）=0.06mol×160g/mol=9.6 g，
答：這包鋁熱劑中鋁的質量和氧化鐵的質量分別是5.4g、9.6g；
（2）根據(jù)上述計算結果，②的鋁熱劑中有0.1molAl、0.03molFe₂O₃，根據(jù)反應2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃知，氧化鐵完全反應消耗0.06molAl，所以還剩余0.04molAl，同時生成0.06molFe和0.03mol氧化鋁，
根據(jù)轉移電子相等計算生成氫氣體積，所以實驗②中所得H₂在標準狀況下體積為V（H₂）=n（H₂）×22.4 L•mol^-1=[n（Al）×$\frac{3}{2}$+n（Fe）]×22.4 L•mol^-1=（0.04mol×$\frac{3}{2}$+0.06mol）×22.4L/mol=2.688 L，
答：實驗②產(chǎn)生氣體的體積（標準狀況）為2.688L．

點評 本題考查混合物的有關計算，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確物質的性質及物質之間的反應是解本題關鍵，注意每一份為總混合物的一半，（1）題易漏掉另一半的鋁熱劑質量，（2）題易計算所有鋁熱劑與稀鹽酸反應生成氫氣體積，為易錯題．