Question

现有一包铝热剂（铝粉和氧化铁的混合物），将固体分为两等份，进行如下实验（计算pH时假定溶液体积没有变化）：
①向其中一份加入100mL 2.0mol/L的NaOH溶液，使其充分反应后，收集到的气体在标准状况下体积为3.36L；
②另一份在高温下使之充分反应，向反应后的固体中加入140mL 4.0mol/L的盐酸溶液，使固体全部溶解，测得反应后的溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三种阳离子且pH=0．
（1）计算这包铝热剂中的铝的质量．
（2）计算实验②产生的气体体积（标准状况）．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算

专题：计算题

分析：（1）铝和氢氧化钠溶液反应生成n（H₂）=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根据氢气和氢氧化钠之间的关系式知，生成0.15mol氢气需要n（NaOH）=0.1mol＜2.0mol/L×0.1L=0.2mol，说明铝完全反应，根据氢气和铝的关系式计算铝的质量；
（2）根据电荷守恒计算n（Fe ²⁺），根据氧化铁和铝之间的关系式计算发生铝热反应后固体中的单质，再结合单质的物质的量计算生成氢气体积．

解答： 解：（1）铝和氢氧化钠溶液反应生成n（H₂）=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根据氢气和氢氧化钠之间的关系式知，生成0.15mol氢气需要n（NaOH）=0.1mol＜2.0mol/L×0.1L=0.2mol，说明铝完全反应，
设铝的质量为x，
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g                    3mol
x                      0.15mol
54g：3mol=x：0.15mol
x=

54g×0.15mol

3mol

=2.7g
铝热剂中铝的质量=2.7g×2=5.4g，
答：铝热剂中铝的质量为5.4g；
（2）n（Al）=

2.7g

27g/mol

=0.1mol，
根据电荷守恒得n（H⁺）+2n（Fe²⁺）+3n（Al³⁺）=n（Cl^-），
1mol×0.14L+2×n（Fe²⁺）+3×0.1mol=4.0mol/L×0.14L
n（Fe²⁺）=

0.56mol-0.3mol-0.14mol

2

=0.06mol，
根据铁原子守恒得n（Fe₂O₃）=

1

2

n（Fe²⁺）=0.03mol，
2Al+Fe₂O₃

高温  .

Al₂O₃+2Fe，根据铝热反应方程式知，0.03mol氧化铁完全反应需要n（Al）=0.06mol＜0.1mol，所以铝有剩余，剩余n（Al）=0.1mol-0.06mol=0.04mol，根据铁原子守恒得n（Fe）=n（Fe²⁺）=0.06mol，根据转移电子守恒得生成氢气体积=

0.04mol×3+0.06mol×2

2

×22.4L/mol=2.688L，
答：生成氢气体积在标况下为2.688L．

点评：本题考查了根据方程式进行计算，（1）中要进行过量计算，然后根据氢气的体积计算铝的质量，注意铝热剂中铝的质量为①中铝质量的2倍，为易错点；（2）中要根据电荷守恒、原子守恒、转移电子守恒进行解答，注意守恒思想的正确运用，难度中等．