Question

某同学通过查阅资料得知：铝和氧化铁在高温下反应所得到的熔融物应该是铁铝合金．
（1）写出铝和氧化铁在高温下反应的化学方程式：

 

．
（2）设计一个最简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝．写出表示该实验原理的离子方程式：

 

．
（3）某同学取一定量上述的熔融物与过量的、且很稀的硝酸充分反应，发现反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶 液中，逐滴加入4mo1?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（mo1）的关系如图所示．在AB段，有刺激性气味的气体产生．试回答下列问题：
①熔融物与稀硝酸充分反应后，还原产物为

 

，其物质的量为

 

mol．
②熔融物中金属铝和金属铁的物质的量的之比为

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,化学方程式的有关计算,铝的化学性质

专题：计算题

分析：（1）铝与氧化铁在高温条件下生成铁与氧化铝；
（2）利用铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与氢气证明；
（3）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO₃反应，生成Al³⁺、Fe³⁺，H⁺ 过量且无气体产生，说明NO₃^-被还原为NH₄⁺，即阳离子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH₄⁺反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，结合方程式与原子守恒计算．

解答： 解：（1）铝与氧化铁在高温条件下生成铁与氧化铝，反应方程式为：Al+Fe₂O₃

高温  .

Fe+Al₂O₃，
故答案为：Al+Fe₂O₃

高温  .

Fe+Al₂O₃；
（2）利用熔融物与氢氧化钠溶液反应生成，有气体生成说明含有Al，反应离子方程式为：2Al+2H₂O+2OH^-=2Al₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2H₂O+2OH^-=2Al₂^-+3H₂↑；
（3）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO₃反应，生成Al³⁺、Fe³⁺、H⁺ 过量且无气体产生，说明NO₃^-被还原为NH₄⁺，即阳离子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH₄⁺反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，
①熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO₃反应，生成Al³⁺、Fe³⁺，H⁺ 过量且无气体产生，说明NO₃^-被还原为NH₄⁺，由NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O可知，n（NH₄⁺）=3×10^-3 L×4 mol/L=0.012 mol，故还原产物NH₄NO₃的物质的量为0.012mol，
故答案为：NH₄NO₃；0.012mol；
②由Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，n（Al³⁺）=n（Al）=n[Al（OH）₃]=2×10^-3 L×4 mol/L=0.008 mol，用于沉淀Al³⁺ 的NaOH为0.008mol×3=0.024 mol，则n（Fe³⁺ ）=n（Fe）=（0.024L×4 mol/L-0.024mol）÷3=0.024 mol，故n（Al）：n（Fe）=0.008mol：0.024mol=1：3，
故答案为：1：3．

点评：本题以铝热反应为载体，考查物质组成的确定、化学计算等，（3）中明确各阶段发生的反应是关键，难度中等．