Question

17．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，最低可以还原到-3价．某同学取一定量的铁铝合金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4mol•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）请写出该合金中铁与硝酸反应的离子方程式8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O．
（2）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为H⁺+OH^-═H₂O．
（3）在DE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NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O．
（4）B与A的差值为0.008mol．
（5）B点对应的沉淀的物质的量为0.032 mol，C点对应的氢氧化钠溶液的体积为7mL．

Answer 1

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．
（1）金属铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，据此回答；
（2）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；
（3）D与E一段沉淀的量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应；
（4）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，利用发生的化学反应来计算；
（5）沉淀的总量可根据NH₄⁺的量，根据NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 得出n（NH₄⁺），根据氧化还原反应，N元素由+5价变为-3价，而金属都由0价变为+3价，可以运用电子守恒得出金属的物质的量．

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⁺，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
（1）根据图示得到的溶液和氢氧化钠反应产生沉淀的情况可以知道，金属铁和稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，故答案为：8Fe+30H⁺+3NO₃^-=8Fe³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；
（2）OC之间没有沉淀生成，说明硝酸过量，OC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：H⁺+OH^-═H₂O；
（3）DE一段沉淀的量没有发生变化，为NH₄NO₃和NaOH反应，反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，故答案为：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；
（4）由图可知，EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL，故该计算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，即为B、A的差值，故答案为：0.008；
（5）图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生的离子方程式为H⁺+OH^-=H₂O；在DE段沉淀的物质的量没有变化，应为NH₄⁺和OH^-的反应，此阶段发生反应的离子方程式为NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；根据NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 得：n（NH₄⁺）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012 mol，根据氧化还原反应，N元素由+5价变为-3价，而金属都由0价变为+3价，可以运用电子守恒得出金属的物质的量为：$\frac{0.012mol×8}{3}$=0.032mol，所以生成沉淀的物质的量为0.032mol，
设Fe为xmol，Al为0.008mol，生成硝酸铵为（34-31）×0.001L×4mol/L=0.012mol，
由电子守恒可知，3x+0.008×3=0.012×8，
解得x=0.024mol，
滴加NaOH体积为31ml时，
发生反应为①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
则C点氢氧化钠溶液的体积为31mL-$\frac{0.024mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L-$\frac{0.008mol×3}{4mol/L}$×1000mL/L=7mL，
故答案为：0.032；7．

点评 本题考查金属与硝酸的反应、氧化还原反应、化学计算等知识点，属于中等难度试题，解答此题关键是判断出硝酸的还原产物以及电子转移守恒的运用．