Question

實驗研究發(fā)現(xiàn)，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．某同學取一定量鐵鋁合金與100mL某濃度的硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出．在反應結束后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產生的沉淀的物質的量（mol）的關系如圖所示（C＞0）．試回答下列問題：
（1）寫出反應過程中DE段的離子反應方程式：

 

，EF段生成含氧元素離子的名稱是

 

．
（2）合金中，鋁的質量為

 

g，鐵的質量為

 

g．
（3）C的值為

 

mL．
（4）硝酸溶液的物質的量濃度為

 

mol?L^-1．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,離子方程式的有關計算

專題：計算題

分析：鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，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，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應依次有：
①H⁺+OH^-=H₂O，
②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O
（1）D與E一段沉淀的質量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，以此書寫離子方程式；
（2）根據(jù)曲線的變化判斷出各段反應，根據(jù)消耗的氫氧化鈉的體積和反應方程式計算反應后溶液含有鐵離子和鋁離子的物質的量，再根據(jù)原子守恒計算鋁和鐵的質量；
（3）根據(jù)消耗NaOH的總體積，結合在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；
（4）根據(jù)E點溶液中的溶質結合原子守恒計算硝酸的物質的量濃度．

解答： 解：（1）D與E一段沉淀的質量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應，反應的離子方程式為，NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
E與F之間沉淀的量減少，肯定是因為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，反應的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O；偏鋁酸根或四羥基合鋁酸根；
（2）E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，
其反應方程式為Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
氫氧化鋁與氫氧化鈉物質的量之比為1：1，
EF段的n（NaOH）=4mol/L×2×10^-3L=0.008mol，
Al-----Al（OH）₃----NaOH→NaAlO₂+2H₂O
27g                 1mol
0.216g             0.008mol   
所以鋁的質量是0.216g；  D與E一段氫氧化鈉被消耗，
DE段是NH₄NO₃和NaOH反應
NH₄NO₃～NaOH
1 mol   1mol
n（NH₄NO₃）=n（NaOH）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012mol，
設鐵有xmol，Al離子也是0.008mol，NH₄⁺有0.012mol，根據(jù)電子守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8，
x=0.024mol，
所以鐵離子有0.024mol，根據(jù)原子守恒知，鐵的物質的量是0.024mol，其質量=0.024mol×56g/mol=1.344g，
故答案為：0.216；1.344；
（3）滴加NaOH體積為31ml時，
發(fā)生反應為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
可計算得出C點氫氧化鈉溶液的體積為
31ml-

0.032mol×3

4mol/L

×10³ml/L=7mL．
故答案為：7；
（4）E點時，溶液中的溶質是硝酸鈉和氨水，n（NH₃?H₂O ）=n（NH₄⁺）=0.012mol，n（NaNO₃）=n（NaOH）=34×10^-3L×4mol/L=0.136mol，根據(jù)氮原子守恒知，C（HNO₃）=

n(NaNO3)+n(NH3．H2O)

V

=

0.136mol+0.012mol

0.1L

=1.48mol/L，
故答案為：1.48．

點評：本題考查金屬與硝酸的反應、氧化還原反應、化學計算等知識點，屬于中等難度試題，解答此題關鍵是判斷出硝酸的還原產物以及電子轉移守恒的運用．