Question

硝酸與金屬反應時，濃度越稀還原產物價態越低．現用一定量的鋁粉與鎂粉組成的混合物與100ml硝酸鉀溶液與硫酸組成的混合溶液充分反應，反應過程中無任何氣體放出，相反應后的溶液中逐滴加入4.00mol/L的NaOH溶液，加入的溶液體積與與產生的沉淀質量的關系如圖所示．回答下列問題：
（1）寫出鋁與混合溶液反應的離子方程式

8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O

（2）參加反應硝酸根離子物質的量為

0.006mol

mol
（3）參加反應的鋁與鎂的質量之比為

3：4

（4）混合液中硫酸的物質的量的濃度為

0.36

mol/L．

Answer 1

分析：（1）根據信息中硝酸與金屬反應時，濃度越稀還原產物價態越低，結合反應過程中無任何氣體放出，則金屬與混合溶液反應生成銨根離子；
（2）由圖可知，從15.0mL到16.5mL區間內發生的反應是氫氧根離子與銨根離子的反應，由氮原子守恒可知，銨根離子的物質的量即為原溶液中反應的硝酸根離子的物質的量；
（3）由圖可知，16.5mL到18.5mL區間內發生的反應是氫氧化鋁與氫氧化鈉的反應，3.0mL到15.0mL區間發生的是金屬離子結合生成沉淀，然后利用反應來計算；
（4）由4Mg+10H⁺+NO₃^-═4Mg²⁺+NH₄⁺+3H₂O、8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O及圖中開始3.0mLNaOH溶液消耗的酸，計算混合液中硫酸的物質的量的濃度．

解答：解：（1）硝酸根濃度很低時被氧化的產物是銨根離子，因此無氣體放出，鎂、鋁反應生成金屬陽離子，則離子反應分別為4Mg+10H⁺+NO₃^-═4Mg²⁺+NH₄⁺+3H₂O、8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；
（2）由圖示可以看出加入氫氧化鈉溶液從15.0mL到16.5mL區間內發生的反應是氫氧根離子與銨根離子的反應，
由氮原子守恒可知，銨根離子的物質的量即為原溶液中反應的硝酸根離子的物質的量，
則原溶液中NO₃^-物質的量是（16.5-15）×10^-3L×4mol/L=0.006mol，故答案為：0.006mol；    
（3）從圖示提示中看出從氫氧化溶液體積16.5mL到18.5mL區間內發生的反應是氫氧化鋁與氫氧化鈉的反應，氫氧化鋁與氫氧化鈉等物質的量反應，
由Al～Al³⁺～Al（OH）₃～NaOH，則Al的物質的量為0.008mol，
再由Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，
沉淀鎂離子和鋁離子共消耗氫氧化鈉溶液體積（15.0-3.0）mL，
由此可知：沉淀鎂離子時消耗的氫氧根離子物質的量為（15.0-3.0）×10^-3L×4.00mol/L-8×10^-3mol×3=24×10^-3mol，鎂離子物質的量為1.2×10^-2mol，
參加反應的鎂與鋁的質量之比：8×10^-3mol×27g/mol：1.2×10^-2mol×24g/mol=3：4，故答案為：3：4；
（4）由4Mg+10H⁺+NO₃^-═4Mg²⁺+NH₄⁺+3H₂O、8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O可知，
消耗氫離子為0.008mol×

30

8

+1.2×10^-2mol×

10

4

=0.06mol，
圖中開始3.0mLNaOH溶液消耗氫離子的物質的量為3×10^-3L×4mol/L=0.012mol，
原溶液中硫酸的物質的量為

0.06mol+0.012mol

2

=0.036mol，
混合液中硫酸的物質的量的濃度為

0.036mol

0.1L

=0.36mol/L，故答案為：0.36．

點評：本題難度較大，考查金屬與酸性條件下硝酸鹽溶液的反應，注意硝酸濃度越低生成的還原產物價態越低與反應中無氣體生成相結合來分析，并注意圖象與化學反應的對應來分析解答．