Question

某化學學習小組對鋁與酸和堿的反應進行探究，過程如下。
實驗I：
（1）取形狀、大小均相同的鋁絲分別與等體積的、PH相同的鹽酸、稀硫酸反應，隨反應進行，鹽酸中生成氣體的速率明顯比硫酸中生成氣體的速率快，對此原因，你認為合理的猜測是下列的       （填寫相應的字母）;
a. 鹽酸的物質的量濃度大于硫酸的物質的量濃度
b. Cl^－能促進此反應的進行
c. SO₄^2－能抑制此反應的進行
d. 硫酸使鋁發生鈍化
（2）為了探究反應速率不同的原因，請你根據所提供的藥品，填寫實驗方案中的空白部分。
藥品：氯化鈉固體、硫酸鈉固體、硫酸銅固體、氯化銅固體、6mol/L鹽酸、3mol/L硫酸、18.4mol/L硫酸、5mol/L硝酸。
方案：取兩支試管，分別加入形狀、大小均相同的鋁絲和等體積的      （填寫相應的試劑，下同），再向其中的一支試管中加入適量的          固體并振蕩使固體溶解，觀察實驗現象。
實驗探究：略。
實驗II：
取足量的形狀、質量均相同的鋁絲分別與等體積的6mol/L的鹽酸、6mol/L氫氧化鈉溶液反應，待反應停止后取出剩余的鋁絲洗凈、干燥、稱量，剩余鋁絲的質量關系是前者   后者（填“大于”或“小于”或“等于”）；觀察反應后的液體，發現鋁與鹽酸反應后所得的液體是黑色渾濁的，試管底部有少量黑色沉淀，對此現象，同學們進行了如下探究：
（1）提出猜想
同學們查找資料后獲得如下信息：工業上用電解法冶煉鋁所用的原料氧化鋁是從鋁土礦中提取的，所以得到的氧化鋁中可能還含有微量的氧化鐵和二氧化硅兩種雜質，據此，同學們提出如下猜想：
猜想1：此黑色固體是鐵單質，可能是電解得到的鋁與雜質反應生成的，相應的化學反應方程式為                                     ；
猜想2：此黑色固體是硅單質，是電解得到的鋁與二氧化硅反應生成的。
猜想3：此黑色固體是鋁單質，是鋁與鹽酸反應時因反應過快而變成粉末分散到溶液中；
猜想4：此黑色固體可能是上述若干種單質組成的混合物。
（2）設計實驗方案并完成相關實驗：
將反應后所得的液體進行過濾、洗滌，分別取少量固體置于兩支試管中，完成下列實驗：
① 向其中的一支試管中加入足量的稀鹽酸，觀察固體是否溶解。實驗時發現固體完全溶解，證明猜想                 一定不正確（填“1”、“2”、“3”、“4”）。
② 向另一試管中加入足量的氫氧化鈉溶液，觀察固體是否溶解。實驗時發現固體完全溶解，證明猜想                 一定不正確（填“1”、“2”、“3”、“4”）；
（3）得出結論
綜合實驗①②的現象，可推知猜想          （填“1”、“2”、“3”、“4”）是正確的，固體溶解在氫氧化鈉溶液中的離子方程式為：                        。

Answer 1

實驗I：（1）bc；（2分）（2）3mol/LH₂SO₄、氯化鈉固體（或6mol/LHCl、硫酸鈉固體）（2分）
實驗II：大于（2分）（1）2Al+Fe₂O₃2Fe + Al₂O₃；（3分）
（2）①2（1分）；②1（1分）；
（3）3（1分），2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；（3分）；

實驗I：（1）兩實驗現象的差異原因應從反應物組成的不同點去尋找，此題中其他條件均相同，不同的是鹽酸中含有Cl^-而硫酸中含有SO₄^2-，所以從這個方面思考即可得答案；
（2）根據控制變量法和對比實驗法，在控制其他條件相同時，只讓兩實驗中有一個變量不同。如：都用稀硫酸，但其中一份加入Cl^-而另一份不加Cl^-，即可得出結論（類似方法亦可）。
實驗II：由化學方程式可知，等物質的量的HCl與NaOH相比，NaOH消耗的鋁更多，所以留下的鋁就少，故“前者大于后者”；
（1）根據信息和有關物質的性質，可以看出黑色固體可能是鋁、鐵、硅三種單質中的一種或幾種，從而提出猜想。猜想1中鐵的生成是由于電解法時生成的鋁能與氧化鐵發生鋁熱反應，由此可寫出相應的化學反應方程式；猜想2的化學反應方程式根據題意就可直接寫出；
（2）①在鹽酸中固體完全溶解，證明一定不含硅，所以猜想2一定不正確；
②在氫氧化鈉溶液中固體完全溶解，證明一定不含鐵，所以猜想1一定不正確；
（3）綜合（1）（2）中相應的結論，可知此固體只含有鋁，故猜想3正確，猜想4不正確，固體是鋁，鋁與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑。