Question

10．鋁熱反應是鋁的一個重要性質，該性質用途十分廣泛，不僅被用于焊接鋼軌，而且還常被用于冶煉高熔點的金屬如釩、鉻、錳等．

（1）某校化學興趣小組同學，取磁性氧化鐵按教材中的實驗裝置（如圖1甲）進行鋁熱反應，現象很壯觀．取反應后的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，發現溶液變血紅色．出現這種現象的原因，除了可能混有沒反應完的磁性氧化鐵外，還有一個原因是熔融的鐵被空氣中氧氣氧化．
（2）若證明上述所得“鐵塊”中含有金屬鋁，可選擇氫氧化鈉溶液（填試劑名稱），所發生反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）為克服圖1甲的缺陷改用圖乙裝置進行鋁熱反應．取反應后的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液沒有出現血紅色．為測定該實驗所得“鐵塊”的成分，實驗流程如圖2所示．

幾種氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示．

	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+
開始沉淀時的pH	7.5	2.8	4.2	9.6
沉淀完全時的pH	9.0	4.0	5	11

①試劑A應選擇C，試劑B應選擇D．（填序號）
A．稀鹽酸  B．氧化鐵  C．H₂O₂溶液  D．氨水  E．MgCO₃固體
②灼燒完全的標志是前后兩次灼燒質量相差不大于0.1g．
③若最終紅色粉未M的質量為12.0g，則該“鐵塊”的純度是84%．如果對所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計算“鐵塊”的純度，則計算結果會偏小（填“偏大”“偏小”或“無影響”），原因是Fe（OH）₃在烘干過程中會有部分發生分解反應，質量變小．

Answer 1

分析 （1）考慮生成的熔融的鐵的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導致生成三價的鐵；
（2）根據鋁與鐵的性質的差異性來選擇試劑，并寫出反應；
（3）①根據題意可知，本實驗要定量檢測所得“鐵塊”的成分，故要通過實驗流程，將鐵元素完全沉淀；而根據表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁和鎂不沉淀，需將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，然后沉淀；
②根據Fe（OH）₃的Ksp的表達式來進行計算；
③根據10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了最終紅色粉未M中，根據鐵原子的守恒來計算；如果對所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計算“鐵塊”的純度，此時應考慮Fe（OH）₃的分解，引起計算結果偏小．

解答 解：（1）鋁熱反應生成的熔融的鐵具有很強的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導致生成三價的鐵，
故答案為：熔融的鐵被空氣中氧氣氧化；
（2）要證明“鐵塊”中含有金屬鋁，應利用鐵和鋁性質的差異性，即鐵不能和堿反應，而鋁可以，故應選擇氫氧化鈉溶液，與鋁反應的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：氫氧化鈉溶液；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）①根據表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁離子和鎂離子不沉淀，需將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，故需要加入H₂O₂；然后調節4≤pH＜4.2即可將Fe³⁺沉淀而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀，調節pH選用的試劑不能用氧化鐵，因為會引起紅色粉未M的質量偏大；也不能用MgCO₃固體，因為MgCO₃固體過量時會引起所得固體M則質量偏大，故應選用氨水，
故答案為：C；D；
②根據Fe（OH）₃的Ksp=C（Fe³⁺）•C³（OH^-）=1.1×10^-36，而pH=4，故C（OH^-）=10^-10mol/L，帶入Ksp=C（Fe³⁺）•C³（OH^-）=1.1×10^-36，計算得C（Fe³⁺）=1.1×10^-6mol/L，故答案為：1.1×10^-6
③最終紅色粉未M為Fe₂O₃，根據10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了12.0gFe₂O₃中，故鐵原子的質量為：m（Fe）=$\frac{12.0g}{160g/mol}$×2×56gmol=8.4g
故該“鐵塊”的純度=$\frac{8.4g}{10.0g}$×100%=84%；
如果對所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，烘干過程中會引起Fe（OH）₃的分解，故會導致計算結果偏小，
故答案為：84%；偏小；Fe（OH）₃在烘干過程中會有部分發生分解反應，質量變小．

點評 本題綜合考查了鋁熱反應、性質實驗方案的設計，題目難度中等，注意掌握鋁熱反應原理，明確性質實驗方案設計與評價原則，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．