Question

某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)展開研究。現(xiàn)行高中化學(xué)教材中對(duì)“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”。查閱《化學(xué)手冊(cè)》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，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)過程中無氣體放出。在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入

4 mol·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。試回答下列問題：

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

(2)在DE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_____________________________________________________________；上述現(xiàn)象說明溶液中________結(jié)合OH^－的能力比________強(qiáng)(填離子符號(hào))。

(3)B與A的差值為________mol。

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

Answer 1

解析�、�.由表中數(shù)據(jù)比較可知，鋁的熔點(diǎn)比鐵低，該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。利用金屬Al與強(qiáng)堿液反應(yīng)放出氫氣的性質(zhì)即可驗(yàn)證。由于Fe與Al都是活潑的金屬，所以可以用稀硫酸或者稀鹽酸溶解。Ⅱ.由圖像可知硝酸過量，OC段發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，CD段為Fe(OH)₃、Al(OH)₃沉淀的生成，DE段消耗了NaOH，由此證明硝酸和金屬反應(yīng)的還原產(chǎn)物為較低價(jià)態(tài)的NH₄^＋，EF段為Al(OH)₃的消失，只剩下Fe(OH)₃沉淀。B與A的差值為Al(OH)₃，為4 mol·L^－1×(36－34)×10^－3 L＝0.008 mol，參加反應(yīng)的n(Al)＝0.008 mol，因?yàn)? mol的Al^3＋、Fe^3＋均與3 mol的NaOH反應(yīng)，由電子守恒可知Fe和Al化合價(jià)升高的總數(shù)等于HNO₃生成NH₄^＋降低的總數(shù)，即3n(Fe)＋3n(Al)＝n(NH₄^＋)×8＝4 mol·L^－1×(34－31)×10^－3 L×8，解得n(Fe)＋n(Al)＝0.032 mol，n(Fe)＝0.024 mol，兩種沉淀的物質(zhì)的量為0.032 mol。生成兩種沉淀共消耗n(NaOH)＝0.032 mol×3＝0.096 mol，所以C點(diǎn)體積為：31 mL－×10³ mL·L^－1＝7 mL。

答案�、�.(1)合理　(2)NaOH溶液　2Al＋2OH^－＋6H₂O===2[Al(OH)₄]^－＋

3H₂↑　(3)B

Ⅱ.(1)H^＋＋OH^－===H₂O　(2)NH₄^＋＋OH^－===NH₃·H₂O　Al^3＋、Fe^3＋、H^＋　

NH₄^＋　(3)0.008　(4)0.032　7