Question

某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究．現行高中化學教材中對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”．查閱《化學手冊》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔點、沸點數據如下：

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

Ⅰ．某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金．理由是：該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金．
Ⅱ．實驗研究發現，硝酸發生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．某同學取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量（mol）的關系如圖所示．試回答下列問題：
Ⅱ..實驗研究發現，硝酸發生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．某同學取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量（mol）的關系如圖所示．試回答下列問題：
（1）你認為他的解釋是否合理？答：

 

（填“合理”或“不合理”）
（2）設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁．該實驗所用試劑是

 

反應的離子方程式為

 

．
（3）實驗室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是

 

（填序號）．
A．濃硫酸 B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．氫氧化鈉溶液．
（4）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發生反應的離子方程式為

 

．
（5）在DE段，沉淀的物質的量沒有變化，則此階段發生反應的離子方程式為

 

上述現象說明溶液中

 

結合OH^-的能力比

 

強（填離子符號）．
（6）B點對應的沉淀的物質的量為

 

mol，C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為

 

mL．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗題

分析：（1）鋁的熔點比鐵低，生成鐵和液態鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金；
（2）根據鋁與NaOH溶液反應的性質設計實驗方案；
（3）A．濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解；
B．活潑金屬與稀硫酸反應；
C．稀硝酸與金屬反應生成污染性氣體；
D．鐵不與NaOH溶液反應；
（4）O→C 之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C 之間發生的反應酸堿中和反應，以此書寫反應的離子方程式；
（5）D與E一段沉淀的質量沒有發生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，以此書寫離子方程式；根據反應順序確定結合OH^-的能力；
（6）B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，由EF段消耗的氫氧化鈉，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質的量；再根據電子守恒計算出鐵的物質的量，據此可以計算出沉淀氫氧化鋁、氫氧化鐵的物質的量；再根據31mL時反應情況計算出C點氫氧化鐵溶液體積．

解答： 解：（1）鋁的熔點比鐵低，生成鐵和液態鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金，
故答案為：合理；
（2）鋁與NaOH溶液反應生成氣體，反應的化學方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以可用NaOH溶液檢驗所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁，
故答案為：NaOH溶液；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）A．濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解，故A錯誤；
B．活潑金屬與稀硫酸反應，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正確；
C．稀硝酸與金屬反應生成污染性氣體，不是最佳選擇，故C錯誤；
D．鐵不與NaOH溶液反應，不能將熔融物全部溶解，故D錯誤；
故答案為：B；
（4）O→C之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C之間發生的反應酸堿中和反應，離子方程式為H⁺+OH^-═H₂O，
故答案為：H⁺+OH^-═H₂O；
（5）D與E一段沉淀的質量沒有發生變化，該反應為NH₄NO₃和NaOH反應，反應的離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；說明硝酸被還原生成了銨根離子，；
上述現象說明溶液中最先結合OH^-是氫離子，然后為Al³⁺、Fe³⁺，最后結合OH^-是銨根離子，所以溶液中的離子結合OH^-的能力最強的是氫離子，最弱的是銨根離子，
故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；Al³⁺、Fe³⁺、H⁺；NH₄⁺；
（6）由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計算參加反應的氫氧化鈉的物質的量為：0.002L×4mol/L=0.008mol，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質的量為0.008mol；金屬混合物中含有鋁0.008mol；
設鐵為xmol，Al為0.008mol，生成硝酸銨為：（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，由于顯示過量，鐵反應生成了硝酸鐵，由電子守恒可知，3x+0.008×3=0.012×8，解得x=0.024mol，即反應生成氫氧化鐵的物質的量為0.024mol，生成沉淀的總物質的量為：0.008mol+0.024mol=0.032mol；
滴加NaOH體積為31ml時，發生反應為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，則C點氫氧化鈉溶液的體積為31mL-

0.024mol×3

4mol/L

×1000mL/L-

0.008mol×3

4mol/L

×1000mL/L=7mL，
 故答案為：0.032；7．

點評：本題考查鋁熱反應，金屬與硝酸的反應、離子方程式的書寫、氧化還原反應、化學計算等知識點，難度和題量較大，明確圖中各階段的反應實質，然后據此判斷出硝酸的還原產物以及電子轉移守恒的運用是解題關鍵．