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：

物质	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔点/℃	660	2054	1535	1462
沸点/℃	2467	2980	2750	--

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。该实验所用试剂是_____    ，反应的离子方程式为____                                  __。

（3）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是___    ___（填序号）。

A．浓硫酸           B．稀硫酸         C．稀硝酸           D．氢氧化钠溶液

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素的化合价越低。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4mol•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：

（4）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为____                          __

（5）在DE段，沉淀的物质的量没有变化，则此阶段发生反应的离子方程式为____                     _           ，上述现象说明溶液中_____  _结合OH^—的能力比___  ___强（填离子符号）。

（6）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—+H2O=2AlO2—+3H2↑；

（3）B；

Ⅱ（4）H++OH—═H2O

（5）NH4++OH—═NH3•H2O；Al3+、Fe3+、H+；NH4+；

（6）0.032；7。

【解析】试题分析：Ⅰ（1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落到盛有沙子的容器中形成合金，所以铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金，所以合理。（2）铝和氢氧化钠溶液反应生成气体，所以可以用氢氧化钠检验所得的熔融物中是否含有铝，反应方程式为2Al+2OH—+H2O=2AlO2—+3H2↑；（3）A、浓硫酸易使铁铝钝化，不能使合金溶解，错误；B、活泼金属与稀硫酸反应，熔融物可溶解于稀硫酸中，正确；C、稀硝酸与金属反应生成污染性气体，不是最佳选择，错误；D、铁不与氢氧化钠反应，不能将熔融物全部溶解，错误。所以选B。Ⅱ（4）O→C之间发生的反应是酸碱中和反应，离子方程式为H++OH—═H2O 。（5）DE一段沉淀的质量没有变化，该反应为铵根离子与氢氧根离子结合生成一水合氨，方程式为NH4++OH—═NH3•H2O；上述现象说明溶液中最先结合氢氧根离子的是氢离子，然后为铝离子和铁离子，最后结合氢氧根离子的是铵根离子，所以溶液中的离子结合氢氧根离子的能力最强的是氢离子，最弱的为铵根离子。（6）由图可知，EF断消耗的氢氧化钠溶液为36-34=2mL，该计算参见反应的氢氧化钠的物质的量为0.002×4=0.008mol，根据方程式计算，氢氧化铝的物质的量为0.008摩尔，则金属混合物中铝为0.008摩尔，设铁为xmol，铝为0.008mol，生成的硝酸铵为（34-31）×0.001×4=0.012mol，由于硝酸过量，铁反应生成硝酸铁，由电子守恒分析，3x+0.008×3=0.012×3 x=0.024mol，即反应生成氢氧化铁的物质的量为0.024mol，生成沉淀的总物质的量为0.008+0.024=0.032mol；滴加氢氧化钠体积为31mL时，氢离子和铝离子和铁离子都反应，则C点氢氧化钠溶液的体积为0.031-0.024×3/4-0.008×3/4="0.00" 7L，即7mL。