Question

某研究性學習小組對鋁熱反應實驗展開研究。現行高中化學教材中對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：“反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱《化學手冊》知，Al、Al₂O₃、Fe、Fe₂O₃熔點、沸點數據如下：

物質	Al	Al2O3	Fe	Fe2O3
熔點/℃	660	2054	1535	1462
沸點/℃	2467	2980	2750	--

 
Ⅰ.某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。理由是：該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。
你認為他的解釋是否合理？答：__________(填“合理”或“不合理”)
（1）設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是            ，
反應的離子方程式為                                           。
（2）實驗室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是           (填序號)。
A．濃硫酸       B．稀硫酸      C．稀硝酸     D．氫氧化鈉溶液
Ⅱ.實驗研究發現，硝酸發生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低。某同學取一定量上述的熔融物與一定量很稀的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出。在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol·L^－1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積(mL)與產生的沉淀的物質的量(mol)的關系如圖所示。試回答下列問題：

（3）圖中OC段沒有沉淀生成，此階段發生反應的離子方程式為__________
（4）在DE段，沉淀的物質的量沒有變化，則此階段發生反應的離子方程式為__________
（5）上述現象說明溶液中________________結合OH^－的能力比________強（填離子符號）。
（6）B點對應的沉淀的物質的量為________mol，C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為_______mL。

Answer 1

（1）合理
（2）NaOH溶液；2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
（3）B
（4）H⁺+OH^-═H₂O
（5）NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O； H⁺ Al³⁺ Fe³⁺ ；NH₄⁺
（6）0.032   7

解析試題分析：（1）鋁的熔點比鐵低，生成鐵和液態鋁一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金，所以鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。
（2）鋁與NaOH溶液反應生成氣體，反應的化學方程式為2Al+2OH^-+H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以可用NaOH溶液檢驗所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。
（3）A選項，濃硫酸易使鐵、鋁鈍化，不能使合金溶解，故A錯誤；B選項，活潑金屬與稀硫酸反應，熔融物可溶解于稀硫酸中，故B正確；C選項，稀硝酸與金屬反應生成污染性氣體，不是最佳選擇，故C錯誤；D選項鐵不與NaOH溶液反應，不能將熔融物全部溶解，故D錯誤。
（4）O→C 之間沒有沉淀生成，說明硝酸過量，O→C 之間發生的反應酸堿中和反應，離子方程式為H⁺+OH^-═H₂O，故答案為：H⁺+OH^-═H₂O。
（5）D-E段沉淀的質量沒有發生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，反應的離子方程式為NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，上述現象說明溶液中最先結合OH^-是氫離子，最后結合OH^-是銨根離子，所以溶液中的離子結合OH^-的能力最強的是氫離子，最弱的是銨根離子。
（6）沉淀的總量可根據NH₄⁺的量，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 得出n(NH₄⁺)=(34-31)×10^-3L×4mol/L="0.012" mol，根據氧化還原反應，N元素由+5價變為-3價，而金屬都由0價變為+3價，可以運用電子守恒得出金屬的物質的量為0.012mol×8/3=0.032mol。滴加NaOH體積為31ml時，發生反應為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe(OH)₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al(OH)₃↓，可計算得出C點氫氧化鈉溶液的體積為31ml - ×10³ml/L=7ml。
考點：實驗設計評價、氧化還原反應、化學計算。