Question

14．鋁熱反應原理可以應用在生產上．某小組同學在研究鋁熱反應時，進行如下討論和實驗．
（1）關于鋁熱反應有以下兩種認識，其中正確的是b（填字母序號）．
a．該反應需在高溫下發生，所以是吸熱反應
b．因為鋁的還原性較強，所以鋁能將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來
（2）鋁和氧化鐵反應的化學方程式是2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．
（3）請寫出鋁熱反應兩個方面用途冶煉金屬、焊接鋼軌．
（4）鋁和氧化鐵反應所得固體成分的初步確定：

實驗序號	操作及現象
i	取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，產生無色氣體（經檢驗為H2），溶液呈淺黃色
ii	向i所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H2O2溶液，產生無色氣體（經檢驗為O2），溶液變為深紅色

①由上述實驗可知：溶液中Fe元素的存在形式有Fe²⁺、Fe³⁺．
②i中產生H₂的原因是樣品中除含Fe外，可能有未反應的Al，為檢驗樣品中是否含Al單質，可選用的試劑是NaOH溶液，反應的離子方程式2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
③ii中生成O₂的化學方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
進一步的實驗表明，上述固體樣品中Fe元素的存在形式有：Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）反應中吸熱、放熱與反應條件沒有必然關系，需要根據反應物總能量與生成物總能量大小進行比較；鋁熱反應中由于鋁的還原性較強，所以才能夠將還原性弱的金屬置換出來；
（2）鋁與氧化鐵在高溫下發生反應生成氧化鋁和鐵，據此寫出反應的化學方程式；
（3）利用鋁熱反應可冶煉金屬、焊接鋼軌；
（4）取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，產生無色氣體（經檢驗為H₂），溶液呈淺黃色，說明溶液中含有鐵離子；向i所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H₂O₂溶液，產生無色氣體（經檢驗為O₂），溶液變為深紅色，說明加入雙氧水后，溶液中亞鐵離子被氧化成鐵離子，所以溶液由淺紅色變為深紅色，則溶液中鐵元素存在形式為Fe²⁺、Fe³⁺；鐵離子能夠做催化劑，使雙氧水分解生成氧氣；可以用氫氧化鈉溶液鑒別反應后的固體中是否含有金屬鋁，據此進行解答．

解答 解：（1）a．該反應需在高溫下發生，所以是吸熱反應：反應吸熱、放熱與反應條件沒有必然關系，該反應中反應物總能量大于生成物總能量，所以該反應為放熱反應，故a錯誤；
b．鋁熱反應中，由于鋁的還原性較強，所以鋁能將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來，故b正確；
故答案為：b；
（2）鋁與氧化鐵發生的鋁熱反應方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（3）鋁熱反應放出大量的熱，可冶煉熔點較高的金屬、焊接鋼軌，故答案為：冶煉金屬；焊接鋼軌；
（4）取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，產生無色氣體（經檢驗為H₂），溶液呈淺黃色，說明溶液中含有鐵離子；向i所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H₂O₂溶液，產生無色氣體（經檢驗為O₂），溶液變為深紅色，說明加入雙氧水后，溶液中亞鐵離子被氧化成鐵離子，所以溶液由淺紅色變為深紅色，則溶液中鐵元素存在形式為Fe²⁺、Fe³⁺，
①根據分析可知，鐵元素在溶液中存在形式為：Fe²⁺、Fe³⁺，故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；
②鐵、氧化鐵都不與氫氧化鈉溶液反應，而鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應，所以可用氫氧化鈉溶液檢驗樣品中是否含Al單質，反應的離子方程式為：2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；故答案為：NaOH溶液；2OH^-+2Al+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
③ii中雙氧水在鐵離子催化作用下分解生成氧氣，反應的化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．

點評 本題考查了鋁熱反應，題目難度中等，涉及鋁熱反應原理、化學方程式書寫、物質檢驗與鑒別方法等知識，明確鋁熱反應原理為解答關鍵，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．