Question

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。现有一定量铝粉和铁粉的混合物与一定体积某浓度的稀硝酸充分反应，反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液中，逐滴加入5 mol·L^－1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量关系如图所示。则

（1）B与A的差值为________mol；
（2）原硝酸溶液中含硝酸的物质的量为________mol；
（3）铝粉和铁粉的混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为________；
（4）写出铝与该浓度硝酸反应的离子方程式____________。

Answer 1

（1）0．05　（2） 0．5　（3） 5∶3　（4） 8Al＋30H^＋＋3NO₃^-=8Al^3＋＋3NH₄⁺＋9H₂O

解析试题分析：铝粉和铁粉的混合物与一定量很稀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，可以得出不会有氮的氧化物生成，又有硝酸的浓度越稀，对应还原产物中氮元素的化合价越低，可以推测N元素由+5变成了-3价，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，可得与NH₄⁺发生了反应，则随着NaOH的滴加，发生的反应依次有：①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O。由上述分析可知，溶液中的阳离子有Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺、H⁺。（1）由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为104mL-94m=10mL，故该计算参加反应的氢氧化钠为0．01L×5mol/L=0．05mol，根据Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物质的量为0．05mol，故答案为：0．05mol；（2）由上述分析可知，DE段为铵根离子与氢氧根离子反应生成一水合氨，反应离子方程式为：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，由图可知，DE段消耗的氢氧化钠的体积为94mL-88m=6mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0．006L×5mol/L=0．03mol，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，计算溶液中n（NH₄⁺）=0．03mol，根据（3）中计算可知n[Al（OH）₃]=0．05mol，根据铝元素守恒，故混合金属中n（Al）=0．05mol，根据电子转移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0．05mol=8×0．03mol，解得n（Fe）=0．03mol，故原混合物中铝粉与铁粉的物质的量之比为0．05mol：0．03mol=5：3，故答案为：1：3；由反应过程可知，到加入氢氧化钠为88mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，根据钠元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0．088L×5mol/L=0．44mol，根据（4）的计算可知n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0．03mol，根据氮元素守恒计算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0．44mol+0．03mol×2=0．5mol，故答案为：0．5。
考点：本题考查金属与硝酸的反应、离子方程式的书写、氧化还原反应、化学计算等知识点，难度较大，清楚图中各阶段反应过程，据此判断出硝酸的还原产物以及电子转移守恒的运用是解题关键。