Question

1．鋁和氧化鐵的反應：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;900℃-1550℃\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，該反應可用于焊接鐵軌，某小組取鋁粉和氧化鐵的混合物，使之充分反應，反應中放出大量的熱并發出耀眼的光芒，同時有熔融物生成．該小組對所得熔融物的成分進行了探究．
【查閱資料】：

物質	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2054	1535	1462
沸點/℃	2467	2980	2750

【實驗猜想】：甲同學推測熔融物中含有鐵和鋁．若甲同學的推測成立，其理由是發生反應時的溫度可達到鐵和鋁的熔點．
【實驗驗證】：
（1）請你幫助甲同學完成驗證報告．

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
取少量的熔融物于試管中，加入加入稀鹽酸，把氣體點燃，并在火焰上方罩一冷而干燥的燒杯．	固體全部溶解、有無色氣體逸出、氣體燃燒，燒杯壁有水出現．	熔融物含有鐵和鋁

（2）乙同學認為甲同學的實驗方案不嚴謹，又用定量的方法幫助他進一步驗證．取4.6g該熔融物于燒杯中，滴加ag稀硫酸時恰好完全反應，稱得反應后溶液的質量為（a+4.4）g．反應后的溶液經處理后得到19.0g的固體．通過實驗得到以下結論：
①乙同學的方案能證明甲同學的猜想成立，理由是熔融物與稀硫酸完全反應產生氫氣的質量小于同質量的鋁而大于同質量鐵完全反應所生成氫氣的質量．

Answer 1

分析 [實驗猜想]根據物質的熔點及反應時的溫度，判斷在該溫度下可熔融的物質；
（1）根據金屬的活動性可知，鐵和鋁都能與酸發生反應產生氫氣，因此，可利用此性質對熔融物中的鐵和鋁進行檢驗；生成氫氣可通過燃燒檢驗生成物而判斷；在設計實驗時要注意對氫氣的檢驗；
（2）根據實驗數據，利用質量守恒定律可得知反應中產生氫氣的質量；然后通過極端假設的方法，利用一定量金屬與酸反應反應生成氫氣質量=$\frac{金屬化合價}{金屬的相對原子質量}$×金屬質量，判斷熔融物中金屬的組成．

解答 解：[實驗猜想]反應量的溫度可高達1550℃，在此溫度下，鐵、鋁都可熔化為液體；因此可推測熔融物中含有鐵和鋁；
故答案為：發生反應時的溫度可達到鐵和鋁的熔點；
（1）利用金屬鐵、鋁都能與稀鹽酸反應放出氫氣，把熔融物放入稀鹽酸，產生的氣體點燃生成水，可判斷氣體為氫氣；
故答案為：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
加入稀鹽酸，把氣體點燃，并在火焰上方罩一冷而干燥的燒杯	氣體燃燒，燒杯壁有水出現

（2）根據質量守恒定律，反應前后的質量差即反應放出氫氣的質量=（a g+4.6g）-（a+4.4）g=0.2g；
假設4.6g熔融物全部為鐵，則完全反應產生氫氣質量=$\frac{2}{56}$×4.6g≈0.16g＜0.2g；
假設4.6g熔融物全部為鋁，則完全反應產生氫氣質量=$\frac{3}{27}$×4.6g≈0.51g＞0.2g；
可判斷熔融物不能為純凈的鐵，也不可能為純凈的鋁，應為鐵和鋁的混合物；
故答案為：熔融物與稀硫酸完全反應產生氫氣的質量小于同質量的鋁而大于同質量鐵完全反應所生成氫氣的質量．

點評 等質量的金屬鎂、鋁、鋅、鐵與酸完全反應產生氫氣的質量由大到小的關系為鋁＞鎂＞鐵＞鋅；根據這一關系可以較方便判斷金屬混合物的組成．