Question

镁、铝、铁等金属都在生活和工业中十分常见，请完成下面关于这三种金属的简单计算．
1．一定量的铝铁合金与300mL 2moL?L^-1硝酸反应生成33.6L NO（标准状况）和三价铁盐、铝盐等，再向反应后的溶液中加入3mol?L^-1 NaOH溶液，使铝、铁元素全部转化为沉淀，则所加NaOH溶液的体积是多少？（写出计算过程）
2．在标准状况下进行下列实验：甲、乙、丙各取30.00mL同浓度的盐酸，加入同一镁、铝合金，产生气体，测得有关数据列表如下：

实验序号	甲	乙	丙
合金质量	0.255g	0.385g	0.459g
气体体积	280mL	336mL	336mL

（1）根据表格中的数据，可计算出合金中镁与铝的物质的量之比为

 

．
（2）在丙实验之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的铝恰好完全溶解，再滤出不溶固体请计算：（写出计算过程）
①滤液中溶质的物质的量
②加入NaOH溶液的体积
3．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．现有一定量铝粉和铁粉的混合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）B与A的差值为

 

mol．
（2）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．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,氧化还原反应的计算,有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：1．当铝、铁元素全部转化为沉淀时，溶液中仅含NaNO₃，氢氧化钠中钠元素与最后溶液中硝酸根物质的量相等，硝酸在反应中部分硝酸根被还原为NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_总-n（NO），进而计算NaOH溶液的体积；
2．（1）盐酸浓、体积一定，甲中合金质量小于乙中合金质量，且甲中生成气体体积小于乙中气体体积，说明甲中盐酸过量、金属完全反应，乙中合金质量小于丙中合金质量，且乙、丙生成气体体积相等，说明乙、丙中盐酸完全反应，令甲中镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量之和与电子转移守恒列方程计算x、y的值，据此解答；
（2）①在丙实验之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的铝恰好完全溶解，再滤出不溶固体，溶液中溶质为NaCl、NaAlO₂，根据氢气的体积计算HCl的物质的量，溶液中（NaCl）=n（Cl^-），设0.459g合金中含铝的物质的量为xmol，结合（1）中Mg、Al物质的量关系，根据质量列方程计算，由Al元素守恒n（NaAlO₂）=n（Al）；
②根据钠离子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂），进而计算氢氧化钠的体积；
3．（1）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；
（2）B点对应的沉淀为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，DE段发生反应NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，根据消耗氢氧化钠溶液计算n（NH₄⁺），根据电子转移守恒计算n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]；
根据氢氧化铝、氢氧化铁总物质的量计算CD段消耗氢氧化钠的体积，进而计算C点体积．

解答： 解：1．当铝、铁元素全部转化为沉淀时，溶液中仅含NaNO₃，氢氧化钠中钠元素与最后溶液中硝酸根物质的量相等，硝酸在反应中部分硝酸根被还原为NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_总-n（NO）=0.30L×2moL?L^-1-（3.36L÷22.4L/mol）=0.45mol，故需要NaOH溶液的体积=0.45mol÷3mol/L=0.15L=150mL，
答：所加NaOH溶液的体积是150mL．
2．（1）盐酸浓、体积一定，甲中合金质量小于乙中合金质量，且甲中生成气体体积小于乙中气体体积，说明甲中盐酸过量、金属完全反应，乙中合金质量小于丙中合金质量，且乙、丙生成气体体积相等，说明乙、丙中盐酸完全反应，
令甲中镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量可知24x+27y=0.255，根据电子转移守恒有2x+3y=（0.28L÷22.4L/mol）×2，联立方程解得：x=0.005、y=0.005，故合金中镁与铝的物质的量之比为0.005mol：0.005mol=1：1，
故答案为：1：1；
（2）①在丙实验之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的铝恰好完全溶解，再滤出不溶固体，溶液中溶质为NaCl、NaAlO₂，
盐酸完全反应生成氢气336mL，氢气的物质的量=0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根据氢元素守恒可知n（HCl）=2n（H₂）=2×0.015mol=0.03mol，溶液中（NaCl）=n（Cl^-）=0.03mol，
设0.459g合金中含铝的物质的量为xmol，由（1）中计算可知，Mg的物质的量也是x mol，则：27x+24x=0.459，解得x=0.009mol，n（NaAlO₂）=n（Al）=0.009mol，
答：反应中NaCl为0.03mol，NaAlO₂为0.009mol．
②根据钠离子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=0.03mol+0.009mol=0.039mol，故需要氢氧化钠溶液的体积=0.039mol÷1mol/L=0.039L=39mL，
答：加入NaOH溶液的体积为39mL．
3．（1）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-34mL=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；
（2）DE段发生反应NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，消耗氢氧化钠溶液34mL-31mL=3mL，n（NH₄⁺）=3×10^-3L×4mol/L=0.012 mol，N元素由+5价变为-3价，金属都由0价变为+3价，根据电子守恒得出金属的物质的量为0.012mol×8÷3=0.032 mol，即n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]=0.032mol；
所以CD段消耗NaOH的体积为：0.032mol×3÷4mol/L=0.024L=24mL，故C点体积=31mL-24mL=7mL，
故答案为：0.032；7．

点评：本题考查混合物计算，属于拼合型题目，题目计算量较大，侧重考查学生分析解决问题能力，（2）根据表中数据关系判断反应的过量问题是关键，（3）中关键明确各阶段发生的反应，注意利用守恒思想解答，题目难度中等．