Question

某同學(xué)通過查閱資料得知：鋁和氧化鐵在高溫下反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)該是鐵鋁合金．
（1）寫出鋁和氧化鐵在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（2）設(shè)計(jì)一個(gè)最簡單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁．寫出表示該實(shí)驗(yàn)原理的離子方程式：

 

．
（3）某同學(xué)取一定量上述的熔融物與過量的、且很稀的硝酸充分反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中無氣體放出．在反應(yīng)結(jié)束后的溶 液中，逐滴加入4mo1?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（mo1）的關(guān)系如圖所示．在AB段，有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生．試回答下列問題：
①熔融物與稀硝酸充分反應(yīng)后，還原產(chǎn)物為

 

，其物質(zhì)的量為

 

mol．
②熔融物中金屬鋁和金屬鐵的物質(zhì)的量的之比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,鋁的化學(xué)性質(zhì)

專題：計(jì)算題

分析：（1）鋁與氧化鐵在高溫條件下生成鐵與氧化鋁；
（2）利用鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣證明；
（3）熔融物為鋁鐵合金，與過量稀HNO₃反應(yīng)，生成Al³⁺、Fe³⁺，H⁺ 過量且無氣體產(chǎn)生，說明NO₃^-被還原為NH₄⁺，即陽離子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析圖象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于與NH₄⁺反應(yīng)，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，結(jié)合方程式與原子守恒計(jì)算．

解答： 解：（1）鋁與氧化鐵在高溫條件下生成鐵與氧化鋁，反應(yīng)方程式為：Al+Fe₂O₃

高溫  .

Fe+Al₂O₃，
故答案為：Al+Fe₂O₃

高溫  .

Fe+Al₂O₃；
（2）利用熔融物與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成，有氣體生成說明含有Al，反應(yīng)離子方程式為：2Al+2H₂O+2OH^-=2Al₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2H₂O+2OH^-=2Al₂^-+3H₂↑；
（3）熔融物為鋁鐵合金，與過量稀HNO₃反應(yīng)，生成Al³⁺、Fe³⁺、H⁺ 過量且無氣體產(chǎn)生，說明NO₃^-被還原為NH₄⁺，即陽離子有H⁺、Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺．分析圖象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H⁺，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al³⁺、Fe³⁺，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于與NH₄⁺反應(yīng)，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）₃，
①熔融物為鋁鐵合金，與過量稀HNO₃反應(yīng)，生成Al³⁺、Fe³⁺，H⁺ 過量且無氣體產(chǎn)生，說明NO₃^-被還原為NH₄⁺，由NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O可知，n（NH₄⁺）=3×10^-3 L×4 mol/L=0.012 mol，故還原產(chǎn)物NH₄NO₃的物質(zhì)的量為0.012mol，
故答案為：NH₄NO₃；0.012mol；
②由Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，n（Al³⁺）=n（Al）=n[Al（OH）₃]=2×10^-3 L×4 mol/L=0.008 mol，用于沉淀Al³⁺ 的NaOH為0.008mol×3=0.024 mol，則n（Fe³⁺ ）=n（Fe）=（0.024L×4 mol/L-0.024mol）÷3=0.024 mol，故n（Al）：n（Fe）=0.008mol：0.024mol=1：3，
故答案為：1：3．

點(diǎn)評(píng)：本題以鋁熱反應(yīng)為載體，考查物質(zhì)組成的確定、化學(xué)計(jì)算等，（3）中明確各階段發(fā)生的反應(yīng)是關(guān)鍵，難度中等．