Question

某同学取一定质量的铁铝合金与100 mLxmol/L稀硝酸充分反应，反应过程中没有气体放出。在反应结束后的溶液中，逐滴加入2 mol/L NaOH溶液，所加 NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示：

(1)写出EF段发生反应的离子方程式____________

(2)C点对应的溶液中含有的阳离子除Na⁺外，还含有_______。

(3)x =________。

(4)铁铝合金中铝的物质的量分数为_________。

Answer

Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O NH4+、Al3+、Fe3+ 0.74 25%

【解析】

铝粉和铁粉的混合物与100 mLxmol/L稀HNO3充分反应，被氧化为Al3+、Fe3+，通过题意，反应过程中没有气体放出，说明没有氮的氧化物生成，结合图像，N元素由+5变成了-3价，生成了铵根离子。由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，再生成沉淀，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，氢氧化钠与NH4+发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：H++OH-=H2O，Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓，Al3++3OH-=Al(OH)3↓，NH4++OH-═NH3•H2O，Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，据此分析解答。

(1)E与F之间沉淀的量减少，是因为Al(OH)3能够在氢氧化钠溶液中溶解，反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，故答案为：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O；

(2)铝粉和铁粉的混合物与一定量稀HNO3充分反应，被氧化为Al3+、Fe3+，通过题意，反应始终没有气体生成，由图可得硝酸过量，加入氢氧化钠溶液应先与硝酸反应，所以C点含有Na+，当沉淀完全后，由图知继续加入氢氧化钠溶液，沉淀量不变，为氢氧化钠与NH4+发生了反应，NH4++OH-═NH3•H2O，所以溶液中存在NH4+，即C点对应的溶液中含有的阳离子除Na+外，还含有NH4+、Al3+、Fe 3+，故答案为：NH4+、Al3+、Fe 3+；

(3)E与F之间沉淀的量减少，为Al(OH)3溶解在氢氧化钠溶液中，

其反应的方程式为Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，氢氧化铝与氢氧化钠物质的量之比为1∶1，EF段的n(NaOH)=2mol/L×(36-34)×10-3L=0.004mol，根据Al～Al(OH)3～NaOH～NaAlO2，铝的物质的量为0.004mol；铁铝与硝酸反应没有气体产生，说明还原产物为硝酸铵，DE段为NH4NO3和NaOH反应，根据NH4NO3～NaOH，n(NH4NO3)=n(NaOH)=(34-31)×10-3L×2mol/L=0.006mol，所以E点时，溶液中的溶质是硝酸钠和氨水，n(NH3•H2O )=n(NH4+)=0.006mol，n(NaNO3)=n(NaOH)=34×10-3L×2mol/L=0.068mol，根据氮原子守恒知，c(HNO3)===0.74mol/L，故答案为：0.74；

(4)铁和铝开始和硝酸反应的时候生成+3价离子，N元素变成铵根离子。设铁有ymol。

Al离子为0.004mol，NH4+为0.006mol，根据得失电子守恒：3y+0.004×3=0.006×8，解得：y=0.012mol，所以铁离子为0.012mol，根据原子守恒知，铁的物质的量是0.012mol，铁铝合金中铝的物质的量分数为×100%=25%，故答案为：25%。