Question

某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”、“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）该同学推测，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：

 

（ 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），并说明理由：

 

．
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．为了测定熔融物中两种金属的物质的量之比，某同学取一定量上述的熔融物与足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）逐滴加入4mol/L的氢氧化钠溶液的定量玻璃仪器

 

，图中OC段没有沉淀生成的原因是：

 

．（用离子方程式表示）
（2）由上述图形分析可知，溶液中结合OH^-能力最强的离子是

 

（填离子符号，下同）、最弱的离子是

 

．若测定F点沉淀的质量，需对混合物进行：过滤、

 

、

 

、称量．
（3）通过如图数据试计算，熔融物中两种金属的物质的量之比n（Fe）：n（Al）=

 

．

Answer 1

分析：I．（1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金；
（2）铝和与氢氧化钠反应生成氢气，而铁不反应，可用氢氧化钠与铝反应，生成偏铝酸钠和氢气；
（3）根据铝、铁与酸都反应进行判断，注意与浓硫酸发生钝化的性质；
II． （1）逐滴加入4mol/L的氢氧化钠溶液的定量玻璃仪器为碱式滴定管；OC段没有沉淀生成，说明硝酸过量，发生H⁺+OH^-=H₂O；
（2）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，以此书写离子方程式；根据反应顺序确定结合OH^-的能力；
（3）根据反应图象结合反应的离子方程式计算．

解答：解：I． （1）铝的熔点比铁低，生成铁和液态铝一起滴落至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应是铁铝合金，故答案为：合理；
（2）铝与NaOH溶液反应生成气体，反应的化学方程式为2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以可用NaOH溶液检验所得的块状熔融物中含有金属铝，
故答案为：NaOH；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）A．浓硫酸易使铁、铝钝化，不能使合金溶解，故A错误；
B．活泼金属与稀硫酸反应，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正确；
C．稀硝酸与金属反应生成污染性气体，不是最佳选择，故C错误；
D．铁不与NaOH溶液反应，不能将熔融物全部溶解，故D错误．
故答案为：B；熔融物在一定条件下与浓硫酸或稀硝酸反应，产生有毒气体，而且消耗的两种酸量又多；熔融物中铁不能与氢氧化钠溶液反应；
II． （1）逐滴加入4mol/L的氢氧化钠溶液的定量玻璃仪器为碱式滴定管；O→C 之间没有沉淀生成，说明硝酸过量，O→C 之间发生的反应酸碱中和反应，离子方程式为H⁺+OH^-═H₂O，
故答案为：碱式滴定管；H⁺+OH^-=H₂O；
（2）D与E一段沉淀的质量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
上述现象说明溶液中最先结合OH^-是氢离子，最后结合OH^-是铵根离子，所以溶液中的离子结合OH^-的能力最强的是氢离子，最弱的是铵根离子，
若测定F点沉淀的质量，需对混合物进行：过滤、洗涤、干燥，
故答案为：H⁺； NH₄⁺； 洗涤；干燥；
（3）EF段发生Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，n（NaOH）=0.002L×4mol/L=0.008mol，则n（Al（OH）₃）=0.008mol，
DE段发生NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，n（NaOH）=0.003L×4mol/L=0.012mol，则生成n（NH₄⁺）=0.012mol，硝酸钡还原生成0.012molNH₄⁺，得电子0.012mol×8=0.096mol，则n（Al）+n（Fe）=

0.096mol

3

=0.032mol，而n（Al）=n（Al（OH）₃）=0.008mol，则n（Fe）=0.024mol，
则n（Fe）：n（Al）=0.024mol：0.008mol=3：1，
故答案为：3：1．

点评：本题以铝的性质为载体综合考查元素化合物以及化学方程式的相关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查为高考常见题型，难度中等，注意把握反应的离子方程式的书写．