Question

鎂、鋁、鐵等金屬都在生活和工業(yè)中十分常見(jiàn)，請(qǐng)完成下面關(guān)于這三種金屬的簡(jiǎn)單計(jì)算．
1．一定量的鋁鐵合金與300mL 2moL?L^-1硝酸反應(yīng)生成33.6L NO（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和三價(jià)鐵鹽、鋁鹽等，再向反應(yīng)后的溶液中加入3mol?L^-1 NaOH溶液，使鋁、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀，則所加NaOH溶液的體積是多少？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
2．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：甲、乙、丙各取30.00mL同濃度的鹽酸，加入同一鎂、鋁合金，產(chǎn)生氣體，測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	甲	乙	丙
合金質(zhì)量	0.255g	0.385g	0.459g
氣體體積	280mL	336mL	336mL

（1）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，可計(jì)算出合金中鎂與鋁的物質(zhì)的量之比為

 

．
（2）在丙實(shí)驗(yàn)之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體請(qǐng)計(jì)算：（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
①濾液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量
②加入NaOH溶液的體積
3．實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低．現(xiàn)有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀的硝酸充分反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)氣體放出．在反應(yīng)結(jié)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(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量（mol）的關(guān)系如圖所示．試回答下列問(wèn)題：

（1）B與A的差值為

 

mol．
（2）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀的物質(zhì)的量為

 

mol，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積為

 

mL．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,氧化還原反應(yīng)的計(jì)算,有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算

專(zhuān)題：計(jì)算題

分析：1．當(dāng)鋁、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀時(shí)，溶液中僅含NaNO₃，氫氧化鈉中鈉元素與最后溶液中硝酸根物質(zhì)的量相等，硝酸在反應(yīng)中部分硝酸根被還原為NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_總-n（NO），進(jìn)而計(jì)算NaOH溶液的體積；
2．（1）鹽酸濃、體積一定，甲中合金質(zhì)量小于乙中合金質(zhì)量，且甲中生成氣體體積小于乙中氣體體積，說(shuō)明甲中鹽酸過(guò)量、金屬完全反應(yīng)，乙中合金質(zhì)量小于丙中合金質(zhì)量，且乙、丙生成氣體體積相等，說(shuō)明乙、丙中鹽酸完全反應(yīng)，令甲中鎂、鋁的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量之和與電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計(jì)算x、y的值，據(jù)此解答；
（2）①在丙實(shí)驗(yàn)之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體，溶液中溶質(zhì)為NaCl、NaAlO₂，根據(jù)氫氣的體積計(jì)算HCl的物質(zhì)的量，溶液中（NaCl）=n（Cl^-），設(shè)0.459g合金中含鋁的物質(zhì)的量為xmol，結(jié)合（1）中Mg、Al物質(zhì)的量關(guān)系，根據(jù)質(zhì)量列方程計(jì)算，由Al元素守恒n（NaAlO₂）=n（Al）；
②根據(jù)鈉離子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂），進(jìn)而計(jì)算氫氧化鈉的體積；
3．（1）B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，計(jì)算EF段消耗的氫氧化鈉，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質(zhì)的量；
（2）B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，DE段發(fā)生反應(yīng)NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，根據(jù)消耗氫氧化鈉溶液計(jì)算n（NH₄⁺），根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]；
根據(jù)氫氧化鋁、氫氧化鐵總物質(zhì)的量計(jì)算CD段消耗氫氧化鈉的體積，進(jìn)而計(jì)算C點(diǎn)體積．

解答： 解：1．當(dāng)鋁、鐵元素全部轉(zhuǎn)化為沉淀時(shí)，溶液中僅含NaNO₃，氫氧化鈉中鈉元素與最后溶液中硝酸根物質(zhì)的量相等，硝酸在反應(yīng)中部分硝酸根被還原為NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_總-n（NO）=0.30L×2moL?L^-1-（3.36L÷22.4L/mol）=0.45mol，故需要NaOH溶液的體積=0.45mol÷3mol/L=0.15L=150mL，
答：所加NaOH溶液的體積是150mL．
2．（1）鹽酸濃、體積一定，甲中合金質(zhì)量小于乙中合金質(zhì)量，且甲中生成氣體體積小于乙中氣體體積，說(shuō)明甲中鹽酸過(guò)量、金屬完全反應(yīng)，乙中合金質(zhì)量小于丙中合金質(zhì)量，且乙、丙生成氣體體積相等，說(shuō)明乙、丙中鹽酸完全反應(yīng)，
令甲中鎂、鋁的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量可知24x+27y=0.255，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有2x+3y=（0.28L÷22.4L/mol）×2，聯(lián)立方程解得：x=0.005、y=0.005，故合金中鎂與鋁的物質(zhì)的量之比為0.005mol：0.005mol=1：1，
故答案為：1：1；
（2）①在丙實(shí)驗(yàn)之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體，溶液中溶質(zhì)為NaCl、NaAlO₂，
鹽酸完全反應(yīng)生成氫氣336mL，氫氣的物質(zhì)的量=0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根據(jù)氫元素守恒可知n（HCl）=2n（H₂）=2×0.015mol=0.03mol，溶液中（NaCl）=n（Cl^-）=0.03mol，
設(shè)0.459g合金中含鋁的物質(zhì)的量為xmol，由（1）中計(jì)算可知，Mg的物質(zhì)的量也是x mol，則：27x+24x=0.459，解得x=0.009mol，n（NaAlO₂）=n（Al）=0.009mol，
答：反應(yīng)中NaCl為0.03mol，NaAlO₂為0.009mol．
②根據(jù)鈉離子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=0.03mol+0.009mol=0.039mol，故需要?dú)溲趸�鈉溶液的體積=0.039mol÷1mol/L=0.039L=39mL，
答：加入NaOH溶液的體積為39mL．
3．（1）B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34mL=2mL，故該階段參加反應(yīng)的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.008mol，
故答案為：0.008；
（2）DE段發(fā)生反應(yīng)NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，消耗氫氧化鈉溶液34mL-31mL=3mL，n（NH₄⁺）=3×10^-3L×4mol/L=0.012 mol，N元素由+5價(jià)變?yōu)?3價(jià)，金屬都由0價(jià)變?yōu)?3價(jià)，根據(jù)電子守恒得出金屬的物質(zhì)的量為0.012mol×8÷3=0.032 mol，即n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]=0.032mol；
所以CD段消耗NaOH的體積為：0.032mol×3÷4mol/L=0.024L=24mL，故C點(diǎn)體積=31mL-24mL=7mL，
故答案為：0.032；7．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物計(jì)算，屬于拼合型題目，題目計(jì)算量較大，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問(wèn)題能力，（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)關(guān)系判斷反應(yīng)的過(guò)量問(wèn)題是關(guān)鍵，（3）中關(guān)鍵明確各階段發(fā)生的反應(yīng)，注意利用守恒思想解答，題目難度中等．