Question

某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。现行高中化学教材（必修加选修》中对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃、熔点、沸点数据如下：

I．（1）某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？答：________（填“合理”或“不合理”）。

（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试列是_______，反应的离子方程式为_________。

II．实验研究发现，硝酸发生氧化还原反应时，硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元家的化合价越低，某同学取一定量上述的熔融物与一定量很稀的硝酸充分反应，反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶液中，逐滴加入4 mol·L^-1的氢氧化钠溶液，所加氢氧化钠溶液的体积(mL）与产生的沉淀的物质的量（mol）的关系如图所示。

试回答下列问题：

（1）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为______________；在DE段，沉淀的物质的最没有变化．则此阶段发生反应的离子方程式为_________________。

（2）B与A的差值为________mol。B点对应的沉淀的物质的量为________mol,C点对应的氢氧化钠溶液的体积为________mL。

Answer

I（1）合理 （2）NaOH溶液 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

II（1） H++OH-=H2O NH4++OH-=NH3·H2O；（2）0.008 0.032mol 7mL

【解析】

试题分析：I．（1）该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时反应产生的液态的铁和过量的铝熔合形成铁铝合金。所以他的解释是合理的；

（2）利用Al能够与强碱溶液发生反应产生氢气，而Fe与Al不能发生反应的性质加以验证，所以该实验所用试剂是NaOH溶液，反应的化学方程式是：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

II．（1）向用硝酸溶解该金属的溶液中加入NaOH溶液，无沉淀产生，是由于酸过量，加入的NaOH首先与过量的酸发生中和反应，所以OC段离子方程式是：H++OH-=H2O；

（2）在CD段溶液中的Fe3+、Al3+发生沉淀反应形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；在DE段，沉淀的物质的量没有变化，是因为在DE段NaOH溶液与硝酸被还原为NH4NO3,二者发生复分解反应，离子方程式是：NH4++ OH-=NH3·H2O；

（3）在EF段NaOH溶解Al(OH)3沉淀，离子方程式是：Al(OH)3+ OH-=AlO2-+ 2H2O。溶解Al(OH)3消耗的NaOH的物质的量是n(NaOH)=4mol/L×0.002L=0.008mol，所以根据反应方程式中二者的物质的量关系可知：n(Al(OH)3)=0.008mol，产生Al(OH)3沉淀消耗的NaOH溶液的体积是6mL；根据反应方程式NH4++ OH-=NH3·H2O 可知：n(NH4+) = 4mol/L × 0.003L = 0.012mol，n(e-) = 0.012mol × 8 = 0.096mol。Fe、Al都是+3价的金属，由于在反应过程中电子转移数目相等，所以n(Fe)+n(Al) = 0.096mol÷3 = 0.032mol，所以在B点对应的沉淀的物质的量与金属的物质的量相等，为0.032mol；使Al3+、Fe3+形成沉淀消耗的NaOH的物质的量与电子的物质的量相等，是0.096mol，则其消耗NaOH溶液的体积是V（NaOH） = 0.096mol ÷4mol/L = 0.024L = 24mL，所以 C点对应的氢氧化钠溶液的体积为31mL-24mL = 7mL。

【考点定位】考查守恒法在混合物中各成分的确定的应用的知识。

【名师点晴】掌握相关物质的性质、反应的先后顺序是解答的关键，难点是计算，注意利用好守恒法。许多有关化学反应的计算，如果能够巧妙地运用守恒规律可以达到快速解题的目的，常见的守恒关系有：①反应前后元素种类和某种原子总数不变的原子守恒；②电解质溶液中的电荷守恒；③氧化还原反应中得失电子数守恒、原电池或电解池中两极通过的电子总数相等；④从守恒思想出发还可延伸出多步反应中的关系式，运用关系式法等计算技巧巧妙解题。