Question

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(yīng)，將反應(yīng)后的固體分為兩等份，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（計(jì)算pH時(shí)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(yīng)后過濾，測(cè)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(cè)得反應(yīng)后所得溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三種陽離子且pH=0．計(jì)算：
（1）實(shí)驗(yàn)①中用去NaOH的物質(zhì)的量為

 

mol；
（2）這包鋁熱劑中鋁的質(zhì)量為

 

克，氧化鐵的質(zhì)量為

 

克；
（3）實(shí)驗(yàn)②產(chǎn)生氫氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為

 

升．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算

專題：

分析：①反應(yīng)后溶液顯堿性，說明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，F(xiàn)e及其氧化物和堿不反應(yīng)，則溶液里的物質(zhì)就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據(jù)鈉離子守恒可知，AlO₂^-的物質(zhì)的量就是0.1mol；
②反應(yīng)后pH=0，則反應(yīng)后氫離子的物質(zhì)的量是0.14mol，由①可知，在第二個(gè)反應(yīng)中Al³⁺的物質(zhì)的量是0.1mol，氯離子的物質(zhì)的量是0.56mol，所以亞鐵離子的物質(zhì)的量為：（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據(jù)反應(yīng)式2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃可知，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量是：0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，據(jù)此解答．

解答： 解：①反應(yīng)后溶液顯堿性，說明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，F(xiàn)e及其氧化物和堿不反應(yīng)，則溶液里的物質(zhì)就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據(jù)鈉離子守恒可知，AlO₂^-的物質(zhì)的量就是0.1mol；
②反應(yīng)后pH=0，則反應(yīng)后氫離子的物質(zhì)的量是0.14mol，由①可知，在第二個(gè)反應(yīng)中Al³⁺的物質(zhì)的量是0.1mol，氯離子的物質(zhì)的量是0.56mol，所以亞鐵離子的物質(zhì)的量為：（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據(jù)反應(yīng)式2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃可知，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量是：0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，
（1）反應(yīng)①中反應(yīng)后氫氧根離子的物質(zhì)的量為：1mol/L×0.1L=0.1mol，反應(yīng)中消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：2mol/L×0.1L-0.1mol=0.1mol；
（2）由Al元素守恒可知，每份鋁熱劑中n（Al）=n（AlO₂^-）=0.1mol，故整包鋁熱劑中鋁的質(zhì)量為：m（Al）=0.1mol×2×27g/mol=5.4g；
由Fe元素守恒可知，每份鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=

1

2

n（Fe²⁺），故整包鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=0.06mol×

1

2

×2=0.06mol，故整包鋁熱劑中m（Fe₂O₃）=0.06mol×160g/mol=9.6g，
故答案為：5.4g；9.6g；
（3）反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量為：0.1mol-0.06mol=0.04mol，F(xiàn)e、Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，
    2Al～3H₂↑，F(xiàn)e～H₂↑，
0.04mol 0.06mol 0.06mol 0.06mol
實(shí)驗(yàn)②產(chǎn)生氣體的體積為：V=nVm=0.06mol×2×22.4L/mol=2.688L，
故答案為：2.688．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物計(jì)算、鋁熱反應(yīng)、金屬溶于酸堿的有關(guān)計(jì)算等，該題難度較大題，既要根據(jù)電荷守恒，計(jì)算離子的濃度，還要判斷鋁熱反應(yīng)中反應(yīng)物的過量問題，對(duì)學(xué)生的思維能力和審題能力都提出了較高的要求．