Question

【題目】鋁熱反應(yīng)是鋁的一個(gè)重要性質(zhì)，該性質(zhì)用途十分廣泛。 “鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒”“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。已知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下：

物質(zhì)	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點(diǎn)/℃	660	2 054	1 535	1 462
沸點(diǎn)/℃	2 467	2 980	2 750	－

I.（1）某同學(xué)推測(cè)，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。

（2）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是________，反應(yīng)的離子方程式為______________________________________。

（3）實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，在下列試劑中最適宜的試劑是________（填序號(hào)）。

A、濃硫酸 B、稀硫酸　　　　C、稀硝酸 D、氫氧化鈉溶液

Ⅱ.實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低。某同學(xué)取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)氣體放出。在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入6mol·L－1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。試回答下列問(wèn)題：

（1）依題意，請(qǐng)寫出熔融物中鐵與該稀的硝酸反應(yīng)的離子方程式：____________________

（2）圖中OA段沒有沉淀生成，此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________________。

（3）在BC段，沉淀的物質(zhì)的量沒有變化，則此階段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________；

（4）熔融物中鋁元素的物質(zhì)的量為________mol。

（5）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為______mol，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為________mL。

Answer 1

【答案】合理 NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ B 8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O H＋＋OH－===H2O NH＋OH－===NH3·H2O 0.012 0.048 15

【解析】

試題本題考查鐵鋁及其化合物的性質(zhì)、化學(xué)圖像分析和化學(xué)計(jì)算。I.根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理、鐵鋁的性質(zhì)和題給信息作答。

Ⅱ.理清反應(yīng)過(guò)程，分析圖像中的每一段對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，結(jié)合題給數(shù)據(jù)利用守恒思想作答。

解答：I.（1）鋁熱反應(yīng)的原理為：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，反應(yīng)過(guò)程中生成鐵單質(zhì)，鋁粉可能有剩余，結(jié)合題給熔點(diǎn)數(shù)據(jù)和信息：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金，合理。

（2）鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，鐵與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)。證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁的實(shí)驗(yàn)方案為取少量熔融物于試管中，向其中滴加氫氧化鈉溶液，看固體是否部分溶解，是否有氣體生成。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是NaOH溶液，反應(yīng)的離子方程式為2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 。

（3）A、常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁鈍化，錯(cuò)誤；B、鐵鋁均與稀硫酸反應(yīng)，生成的氫氣對(duì)環(huán)境無(wú)污染，正確；C、稀硝酸 與鐵、鋁反應(yīng)有有毒氣體NO生成，錯(cuò)誤； D、氫氧化鈉溶液與鐵不反應(yīng)，錯(cuò)誤。選B。

Ⅱ.（1）分析圖像知OA段沒有沉淀生成，說(shuō)明硝酸過(guò)量，則熔融物中的鐵與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)氣體生成，則硝酸的還原產(chǎn)物為硝酸銨，利用化合價(jià)升降法結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平，該反應(yīng)的離子方程式為8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O；

（2）OA段發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，離子方程式為H＋＋OH－===H2O ；

（3）BC段沉淀的量沒有發(fā)生變化，NH4NO3和NaOH反應(yīng)生成硝酸鈉和一水合氨，反應(yīng)的離子方程式為NH4+＋OH－===NH3·H2O ；

（4）由圖可知，CD段消耗的氫氧化鈉溶液的體積為44mL-42mL=2mL，故參加反應(yīng)的氫氧化鈉為0.002L×6mol/L=0.012mol，根據(jù)Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O可知，Al（OH）3的物質(zhì)的量為0.012mol，根據(jù)鋁元素守恒知熔融物中鋁元素的物質(zhì)的量為0.012mol。

（5）AB段發(fā)生的反應(yīng)為Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，Al3++3OH-=Al（OH）3↓，消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為（39-15）×10-3L×6mol/L=0.144mol，Al3+的物質(zhì)的量為0.012mol，消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.036mol，則與Fe3+反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.144-0.036=0.108mol，F(xiàn)e3+的物質(zhì)的量為0.036mol，B點(diǎn)鋁離子和鐵離子恰好完全生成沉淀，根據(jù)元素守恒知生成沉淀的物質(zhì)的量為0.048mol。由圖像知A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為15mL。