Question

現(xiàn)有一包鋁熱劑（鋁粉和氧化鐵的混合物），將固體分為兩等份，進行如下實驗（計算pH時假定溶液體積沒有變化）：
①向其中一份加入100mL 2.0mol/L的NaOH溶液，使其充分反應后，收集到的氣體在標準狀況下體積為3.36L；
②另一份在高溫下使之充分反應，向反應后的固體中加入140mL 4.0mol/L的鹽酸溶液，使固體全部溶解，測得反應后的溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三種陽離子且pH=0．
（1）計算這包鋁熱劑中的鋁的質(zhì)量．
（2）計算實驗②產(chǎn)生的氣體體積（標準狀況）．

Answer 1

考點：化學方程式的有關(guān)計算

專題：計算題

分析：（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成n（H₂）=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根據(jù)氫氣和氫氧化鈉之間的關(guān)系式知，生成0.15mol氫氣需要n（NaOH）=0.1mol＜2.0mol/L×0.1L=0.2mol，說明鋁完全反應，根據(jù)氫氣和鋁的關(guān)系式計算鋁的質(zhì)量；
（2）根據(jù)電荷守恒計算n（Fe ²⁺），根據(jù)氧化鐵和鋁之間的關(guān)系式計算發(fā)生鋁熱反應后固體中的單質(zhì)，再結(jié)合單質(zhì)的物質(zhì)的量計算生成氫氣體積．

解答： 解：（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成n（H₂）=

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，根據(jù)氫氣和氫氧化鈉之間的關(guān)系式知，生成0.15mol氫氣需要n（NaOH）=0.1mol＜2.0mol/L×0.1L=0.2mol，說明鋁完全反應，
設鋁的質(zhì)量為x，
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑
54g                    3mol
x                      0.15mol
54g：3mol=x：0.15mol
x=

54g×0.15mol

3mol

=2.7g
鋁熱劑中鋁的質(zhì)量=2.7g×2=5.4g，
答：鋁熱劑中鋁的質(zhì)量為5.4g；
（2）n（Al）=

2.7g

27g/mol

=0.1mol，
根據(jù)電荷守恒得n（H⁺）+2n（Fe²⁺）+3n（Al³⁺）=n（Cl^-），
1mol×0.14L+2×n（Fe²⁺）+3×0.1mol=4.0mol/L×0.14L
n（Fe²⁺）=

0.56mol-0.3mol-0.14mol

2

=0.06mol，
根據(jù)鐵原子守恒得n（Fe₂O₃）=

1

2

n（Fe²⁺）=0.03mol，
2Al+Fe₂O₃

高溫  .

Al₂O₃+2Fe，根據(jù)鋁熱反應方程式知，0.03mol氧化鐵完全反應需要n（Al）=0.06mol＜0.1mol，所以鋁有剩余，剩余n（Al）=0.1mol-0.06mol=0.04mol，根據(jù)鐵原子守恒得n（Fe）=n（Fe²⁺）=0.06mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得生成氫氣體積=

0.04mol×3+0.06mol×2

2

×22.4L/mol=2.688L，
答：生成氫氣體積在標況下為2.688L．

點評：本題考查了根據(jù)方程式進行計算，（1）中要進行過量計算，然后根據(jù)氫氣的體積計算鋁的質(zhì)量，注意鋁熱劑中鋁的質(zhì)量為①中鋁質(zhì)量的2倍，為易錯點；（2）中要根據(jù)電荷守恒、原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒進行解答，注意守恒思想的正確運用，難度中等．