Question

【题目】铝热反应是铝的一个重要性质，该性质用途十分广泛。 “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”。已知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：

物质	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔点/℃	660	2 054	1 535	1 462
沸点/℃	2 467	2 980	2 750	－

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？________(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，在下列试剂中最适宜的试剂是________（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6mol·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：

（1）依题意，请写出熔融物中铁与该稀的硝酸反应的离子方程式：____________________

（2）图中OA段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为__________________。

（3）在BC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_____________；

（4）熔融物中铝元素的物质的量为________mol。

（5）B点对应的沉淀的物质的量为______mol，A点对应的氢氧化钠溶液的体积为________mL。

Answer 1

【答案】合理 NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ B 8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O H＋＋OH－===H2O NH＋OH－===NH3·H2O 0.012 0.048 15

【解析】

试题本题考查铁铝及其化合物的性质、化学图像分析和化学计算。I.根据铝热反应的原理、铁铝的性质和题给信息作答。

Ⅱ.理清反应过程，分析图像中的每一段对应的反应，结合题给数据利用守恒思想作答。

解答：I.（1）铝热反应的原理为：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，反应过程中生成铁单质，铝粉可能有剩余，结合题给熔点数据和信息：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，合理。

（2）铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，铁与氢氧化钠溶液不反应。证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝的实验方案为取少量熔融物于试管中，向其中滴加氢氧化钠溶液，看固体是否部分溶解，是否有气体生成。该实验所用试剂是NaOH溶液，反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 。

（3）A、常温下，浓硫酸能使铁、铝钝化，错误；B、铁铝均与稀硫酸反应，生成的氢气对环境无污染，正确；C、稀硝酸 与铁、铝反应有有毒气体NO生成，错误； D、氢氧化钠溶液与铁不反应，错误。选B。

Ⅱ.（1）分析图像知OA段没有沉淀生成，说明硝酸过量，则熔融物中的铁与稀硝酸反应生成硝酸铁，反应过程中无气体生成，则硝酸的还原产物为硝酸铵，利用化合价升降法结合原子守恒、电荷守恒配平，该反应的离子方程式为8Fe + 30H++ 3NO3－===8 Fe 3+ + 3NH4+ + 9 H2O；

（2）OA段发生酸碱中和反应，离子方程式为H＋＋OH－===H2O ；

（3）BC段沉淀的量没有发生变化，NH4NO3和NaOH反应生成硝酸钠和一水合氨，反应的离子方程式为NH4+＋OH－===NH3·H2O ；

（4）由图可知，CD段消耗的氢氧化钠溶液的体积为44mL-42mL=2mL，故参加反应的氢氧化钠为0.002L×6mol/L=0.012mol，根据Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O可知，Al（OH）3的物质的量为0.012mol，根据铝元素守恒知熔融物中铝元素的物质的量为0.012mol。

（5）AB段发生的反应为Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，Al3++3OH-=Al（OH）3↓，消耗氢氧化钠的物质的量为（39-15）×10-3L×6mol/L=0.144mol，Al3+的物质的量为0.012mol，消耗氢氧化钠的物质的量为0.036mol，则与Fe3+反应的氢氧化钠的物质的量为0.144-0.036=0.108mol，Fe3+的物质的量为0.036mol，B点铝离子和铁离子恰好完全生成沉淀，根据元素守恒知生成沉淀的物质的量为0.048mol。由图像知A点对应的氢氧化钠溶液的体积为15mL。