Question

5．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．現有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出（已知硝酸的還原產物是NH₄NO₃）．在反應結束后的溶液中，逐滴加入5mol•L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量關系如圖所示．則

（1）B與A的差值為：0.05mol．
（2）DE段生成物的物質的量為：0.03mol．
（3）鋁粉和鐵粉的混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為5：3．
（4）寫出鋁與該濃度硝酸反應的離子方程式：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．

Answer 1

分析 通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后由圖知繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發生了反應，
（1）可根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．得出Al（OH）₃的物質的量；
（2）DE段反應離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，結合圖象數據計算出生成的一水合氨的物質的量；
（3）Al（OH）₃的物質的量為0.05mol，根據鋁元素守恒，n（Al）=0.05mol，根據電子轉移守恒求得n（Fe）=0.03mol，據此求出混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比；
（4）根據以上分析可知，n（Al）=0.05mol，n（NH₄⁺）=0.03mol，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產物為NH₄NO₃，根據氧化還原反應守恒書寫．

解答 解：通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后由圖知繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發生了反應，
（1）可根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質的量為：（104-94）×10^-3L×5mol/L=0.05 mol，
故答案為：0.05；
（2）DE段為銨根離子與氫氧根離子反應生成一水合氨，反應離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，則生成一水合氨的物質的量為：（94-88）×10^-3L×5mol/L=0.03mol，
故答案為：0.03；
（3）Al（OH）₃的物質的量為0.05mol，根據鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.05mol，由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為94mL-88mL=6mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.006L×5mol/L=0.03mol，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0.03ml，根據電子轉移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.05mol=8×0.03mol，解得：n（Fe）=0.03mol，混合金屬中n（Al）=0.05mol、n（Fe）=0.03mol，樣品中鋁粉和鐵粉的物質的量之比為5：3，
故答案為：5：3；
（4）由題意知，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產物為NH₄NO₃，根據氧化還原反應得失電子守恒和電荷守恒，反應的離子反應為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．

點評 本題考查混合物反應的計算，題目難度中等，明確圖象曲線變化的含義為解答關鍵，注意掌握常見金屬單質及其化合物具有的性質，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．