Question

某同学取一定量的Al、Fe混合物，与2.0L极稀的HNO₃充分反应，假设HNO₃的还原产物全部为铵盐．在反应后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积与产生的沉淀的物质的量的关系如图所示．分析图象回答问题：
（1）OC段和DE段发生反应的离子方程式分别为：OC段：

 

；DE段：

 

．
（2）请写出任意一个Al、Fe与极稀HNO₃反应的化学方程式：

 

．
（3）B与A的差值为

 

mol．
（4）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．
（5）原硝酸溶液的物质的量浓度为

 

mol/L．

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算,镁、铝的重要化合物

专题：图示题

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⁺，假设HNO₃的还原产物全部为铵盐．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，
B与A的差值为氢氧化铝的物质的量，计算EF段消耗的氢氧化钠，根据Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物质的量；
根据DE段消耗的氢氧化钠计算溶液中n（NH₄⁺），结合Al（OH）₃的物质的量，再根据电子转移守恒，计算Fe的物质的量；
B点对应的沉淀为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，根据Al、Fe守恒计算其物质的量；
由反应过程可知，到加入氢氧化钠为31mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，根据钠元素守恒计算硝酸钠，结合n（NH₄⁺）可得n（NH₄NO₃），根据氮元素守恒可知：原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃），而c点溶液为NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根据氮元素守恒计算c点溶液中n′（NaNO₃），进而计算c点NaOH的物质的量，据此解答．

解答： 解：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⁺，假设HNO₃的还原产物全部为铵盐．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，
（1）OC段发生离子方程式为：H⁺+OH^-=H₂O；DE段发生离子方程式为NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O；
（2）任意一个Al、Fe与极稀HNO₃反应的化学方程式为：8Al+30HNO₃=8Al（NO₃）₃+3NH₄NO₃+9H₂O或8Fe+30HNO₃=8 Fe （NO₃）₃+3NH₄NO₃+9H₂O，
故答案为：8Al+30HNO₃=8Al（NO₃）₃+3NH₄NO₃+9H₂O或8Fe+30HNO₃=8 Fe （NO₃）₃+3NH₄NO₃+9H₂O；
（3）B与A的差值为氢氧化铝的物质的量，由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0.002L×4mol/L=0.008mol，根据Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物质的量为0.008mol，
故答案为：0.008；
（4）由图可知，DE段消耗的氢氧化钠的体积为34mL-31m=3mL，故该阶段参加反应的氢氧化钠为0.003L×4mol/L=0.012mol，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，计算溶液中n（NH₄⁺）=0.012ml，根据（3）中计算可知n[Al（OH）₃]=0.008mol，根据铝元素守恒，故混合金属中n（Al）=0.008mol，根据电子转移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.008mol=8×0.012mol，解得n（Fe）=0.024mol，可知n[Fe（OH）₃]=n（Fe）=0.024mol，B点对应的沉淀Al（OH）₃、Fe（OH）₃，二者的物质的量之和=0.008mol+0.024mol=0.032mol；
由反应过程可知，到加入氢氧化钠为31mL时，溶液中溶质为硝酸钠与硝酸铵，n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.012mol，根据钠元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.031L×4mol/L=0.124mol，根据氮元素守恒可知，原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.124mol+0.012mol×2=0.148mol，而c点溶液为NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根据氮元素守恒n′（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）+3n[Fe（NO₃）₃]+3n[Al（NO₃）₃]=n（HNO₃），故c点溶液中n′（NaNO₃）=0.148mol-0.012mol×2-0.024mol×3-0.008mol×3=0.028mol，故c点加入NaOH的物质的量=0.028mol，c点NaOH溶液的体积=

0.028mol

4mol/L

=0.007L=7 mL，
故答案为：0.032；7；
（5）根据（4）中计算可知，原硝酸溶液中n（HNO₃）=0.148mol，则原硝酸溶液的物质的量浓度为

0.148mol

2L

=0.074mol/L，故答案为：0.074．

点评：本题以图象形式，考查金属与硝酸的反应、混合物计算等，清楚图中各阶段反应过程是解题的关键，解答中注意守恒思想的运用，题目过程复杂，计算量大，侧重对学生分析解决问题能力、计算能力的考查，为易错题目，难度较大．