Question

某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。现行高中化学教材中对“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”。查阅《化学手册》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

4 mol·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)图中OC段没有沉淀生成，此阶段发生反应的离子方程式为_____________。

(2)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_____________________________________________________________；上述现象说明溶液中________结合OH^－的能力比________强(填离子符号)。

(3)B与A的差值为________mol。

(4)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

解析　Ⅰ.由表中数据比较可知，铝的熔点比铁低，该反应放出的热量使铁熔化，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。利用金属Al与强碱液反应放出氢气的性质即可验证。由于Fe与Al都是活泼的金属，所以可以用稀硫酸或者稀盐酸溶解。Ⅱ.由图像可知硝酸过量，OC段发生酸碱中和反应，CD段为Fe(OH)₃、Al(OH)₃沉淀的生成，DE段消耗了NaOH，由此证明硝酸和金属反应的还原产物为较低价态的NH₄^＋，EF段为Al(OH)₃的消失，只剩下Fe(OH)₃沉淀。B与A的差值为Al(OH)₃，为4 mol·L^－1×(36－34)×10^－3 L＝0.008 mol，参加反应的n(Al)＝0.008 mol，因为1 mol的Al^3＋、Fe^3＋均与3 mol的NaOH反应，由电子守恒可知Fe和Al化合价升高的总数等于HNO₃生成NH₄^＋降低的总数，即3n(Fe)＋3n(Al)＝n(NH₄^＋)×8＝4 mol·L^－1×(34－31)×10^－3 L×8，解得n(Fe)＋n(Al)＝0.032 mol，n(Fe)＝0.024 mol，两种沉淀的物质的量为0.032 mol。生成两种沉淀共消耗n(NaOH)＝0.032 mol×3＝0.096 mol，所以C点体积为：31 mL－×10³ mL·L^－1＝7 mL。

答案　Ⅰ.(1)合理　(2)NaOH溶液　2Al＋2OH^－＋6H₂O===2[Al(OH)₄]^－＋

3H₂↑　(3)B

Ⅱ.(1)H^＋＋OH^－===H₂O　(2)NH₄^＋＋OH^－===NH₃·H₂O　Al^3＋、Fe^3＋、H^＋　

NH₄^＋　(3)0.008　(4)0.032　7