Question

12．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2mol．L^-l的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量（mol）關系如圖所示，下列說法不正確的是（　　）

• A． 反應前的溶液中，硝酸的物質的量為0.2 mol
• B． C點對應NaOH溶液的體積為48 mL
• C． 樣品中鋁粉和鐵粉的物質的量之比為5：3
• D． D點與A點沉淀物質的量的差為0.02 mol

Answer 1

分析 鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，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，則隨著NaOH的滴加，發生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，計算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；
根據DE段消耗的氫氧化鈉計算溶液中n（NH₄⁺），結合Al（OH）₃的物質的量，再根據電子轉移守恒，計算Fe的物質的量；
由反應過程可知，到加入氫氧化鈉為88mL時，溶液中溶質為硝酸鈉與硝酸銨，根據鈉元素守恒計算硝酸鈉，結合n（NH₄⁺）可得n（NH₄NO₃），根據氮元素守恒可知：原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃），而C點溶液為NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根據氮元素守恒計算C點溶液中n′（NaNO₃），進而計算NaOH溶液的體積，據此解答．

解答 解：鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，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，則隨著NaOH的滴加，發生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為：104mL-94m=10mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為：0.01L×2mol/L=0.02mol，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質的量為0.02mol，根據鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.02mol，
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×2mol/L=0.012mol，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0.012mL，根據電子轉移守恒有：3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.02mol=8×0.012mol，解得：n（Fe）=0.012mol，
由反應過程可知，到加入氫氧化鈉為88mL時，溶液中溶質為硝酸鈉與硝酸銨，n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.012mol，根據鈉元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.088L×2mol/L=0.176mol，根據氮元素守恒計算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.176mol+0.012mol×2=0.2mol，而c點溶液為NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根據氮元素守恒n′（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）+3n[Fe（NO₃）₃]+3n[Al（NO₃）₃]=n（HNO₃），故C點溶液中n′（NaNO₃）=0.2mol-0.012mol×2-0.012mol×3-0.02mol×3=0.08mol，故C點加入NaOH的物質的量為0.08mol，
A．根反應前的溶液中，硝酸的物質的量為0.2 mol，故A正確；
B．根據分析可知，C點對應NaOH溶液的體積=$\frac{0.08mol}{2mol/L}$=0.04L=40mL，故B錯誤；
C．根據分析可知，混合金屬中n（Al）=0.02mol、n（Fe）=0.012mol，樣品中鋁粉和鐵粉的物質的量之比為5：3，故C正確；
D．D點與A點沉淀物質的量的差為氫氧化鋁的物質的量，即為0.02 mol，故D正確；
故選B．

點評 本題以圖象形式考查金屬與硝酸的反應、混合物計算等，題目難度較大，明確圖中各階段反應過程是解題的關鍵，解答中注意守恒思想的運用，為易錯題目，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．