Question

實驗研究發(fā)現，硝酸發(fā)生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．現有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐滴加入5mol?L^-1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量關系如圖所示．則
（1）B與A的差值為

 

mol．
（2）C點對應的溶液體積為

 

mL．
（3）原硝酸溶液中含硝酸的物質的量為

 

mol．
（4）鋁粉和鐵粉的混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為

 

．
（5）寫出鋁與該濃度硝酸反應的離子方程式：

 

．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,硝酸的化學性質

專題：計算題

分析：通過題意，反應始終沒有氣體生成，可以得出不會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低，可以推測N元素由+5變成了-3價，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，
（1）可根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O．得出Al（OH）₃的物質的量；
（2）沉淀的總量可根據NH₄⁺的量，根據NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O 得出n（NH₄⁺）=（94-88）×10^-3L×5mol/L=0.03 mol，根據氧化還原反應，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，可以運用電子守恒得出金屬的物質的量，進而計算C點消耗NaOH的體積；
（3）根據N元素守恒計算硝酸的物質的量；
（4）Al（OH）₃的物質的量為0.05mol，根據鋁元素守恒，n（Al）=0.05mol，根據電子轉移守恒求得n（Fe）=0.03mol，據此求出混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比；
（5）根據以上分析可知，n（Al）=0.05mol，n（NH₄⁺）=0.03mol，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產物為NH₄NO₃，根據氧化還原反應守恒書寫；

解答： 解：（1）可根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質的量為：（104-94）×10^-3L×5mol/L=0.05 mol，
故答案為：0.05；
（2）沉淀的總量可根據NH₄⁺的量，根據NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O 得出n（NH₄⁺）=（94-88）×10^-3L×5mol/L=0.03 mol，根據氧化還原反應，N元素由+5價變?yōu)?3價，而金屬都由0價變?yōu)?3價，可以運用電子守恒得出金屬的物質的量為0.03mol×8÷3=0.08 mol，所以CD段消耗NaOH的體積為：

0.08mol×3

5mol/L

=0.048L=48mL，
在D點氫氧化鈉與硝酸、鋁鐵離子的反應，可計算得出C點氫氧化鈉溶液的體積為88mL-48mL=40mL，
故答案為：40；
（3）根據N元素守恒，可知：
n（HNO₃）=n（H⁺）+2n（NH₄NO₃）+3n（Fe（NO₃）₃）+3n（Al（NO₃）₃）=0.04L×5mol/L+2×0.03mol+3×0.08mol=0.5mol，
故答案為：0.5；
（4）Al（OH）₃的物質的量為0.05mol，根據鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.05mol，由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為94mL-88mL=6mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.006L×5mol/L=0.03mol，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0.03ml，根據電子轉移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.05mol=8×0.03mol，解得n（Fe）=0.03mol，混合金屬中n（Al）=0.05mol、n（Fe）=0.03mol，樣品中鋁粉和鐵粉的物質的量之比為5：3，
故答案為：5：3；
（5）由題意知，金屬與硝酸反應時，硝酸的還原產物為NH₄NO₃，根據氧化還原反應得失電子守恒和電荷守恒，離子反應為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O，
故答案為：8Al+30H⁺+3NO₃^-=8Al³⁺+3NH₄⁺+9H₂O；

點評：本題考查混合物的計算，題目難度較大，本題注意根據圖象判斷各階段反應的情況，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸反應，再生成沉淀，當沉淀完全后由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，注意從質量守恒的角度結合反應的關系式計算．