Question

某化學(xué)學(xué)習(xí)小組對鋁與酸和堿的反應(yīng)進(jìn)行探究，過程如下。

實驗I：

（1）取形狀、大小均相同的鋁絲分別與等體積的、PH相同的鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行，鹽酸中生成氣體的速率明顯比硫酸中生成氣體的速率快，對此原因，你認(rèn)為合理的猜測是下列的        （填寫相應(yīng)的字母）;

a. 鹽酸的物質(zhì)的量濃度大于硫酸的物質(zhì)的量濃度

b. Cl^－能促進(jìn)此反應(yīng)的進(jìn)行

c. SO₄^2－能抑制此反應(yīng)的進(jìn)行

d. 硫酸使鋁發(fā)生鈍化

（2）為了探究反應(yīng)速率不同的原因，請你根據(jù)所提供的藥品，填寫實驗方案中的空白部分。

藥品：氯化鈉固體、硫酸鈉固體、硫酸銅固體、氯化銅固體、6mol/L鹽酸、3mol/L硫酸、18.4mol/L硫酸、5mol/L硝酸。

方案：取兩支試管，分別加入形狀、大小均相同的鋁絲和等體積的       （填寫相應(yīng)的試劑，下同），再向其中的一支試管中加入適量的           固體并振蕩使固體溶解，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗探究：略。

實驗II：

取足量的形狀、質(zhì)量均相同的鋁絲分別與等體積的6mol/L的鹽酸、6mol/L氫氧化鈉溶液反應(yīng)，待反應(yīng)停止后取出剩余的鋁絲洗凈、干燥、稱量，剩余鋁絲的質(zhì)量關(guān)系是前者    后者（填“大于”或“小于”或“等于”）；觀察反應(yīng)后的液體，發(fā)現(xiàn)鋁與鹽酸反應(yīng)后所得的液體是黑色渾濁的，試管底部有少量黑色沉淀，對此現(xiàn)象，同學(xué)們進(jìn)行了如下探究：

（1）提出猜想

同學(xué)們查找資料后獲得如下信息：工業(yè)上用電解法冶煉鋁所用的原料氧化鋁是從鋁土礦中提取的，所以得到的氧化鋁中可能還含有微量的氧化鐵和二氧化硅兩種雜質(zhì)，據(jù)此，同學(xué)們提出如下猜想：

猜想1：此黑色固體是鐵單質(zhì)，可能是電解得到的鋁與雜質(zhì)反應(yīng)生成的，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為                                      ；

猜想2：此黑色固體是硅單質(zhì)，是電解得到的鋁與二氧化硅反應(yīng)生成的。

猜想3：此黑色固體是鋁單質(zhì)，是鋁與鹽酸反應(yīng)時因反應(yīng)過快而變成粉末分散到溶液中；

猜想4：此黑色固體可能是上述若干種單質(zhì)組成的混合物。

（2）設(shè)計實驗方案并完成相關(guān)實驗：

將反應(yīng)后所得的液體進(jìn)行過濾、洗滌，分別取少量固體置于兩支試管中，完成下列實驗：

① 向其中的一支試管中加入足量的稀鹽酸，觀察固體是否溶解。實驗時發(fā)現(xiàn)固體完全溶解，證明猜想                  一定不正確（填“1”、“2”、“3”、“4”）。

② 向另一試管中加入足量的氫氧化鈉溶液，觀察固體是否溶解。實驗時發(fā)現(xiàn)固體完全溶解，證明猜想                  一定不正確（填“1”、“2”、“3”、“4”）；

（3）得出結(jié)論

綜合實驗①②的現(xiàn)象，可推知猜想           （填“1”、“2”、“3”、“4”）是正確的，固體溶解在氫氧化鈉溶液中的離子方程式為：                         。

Answer 1

實驗I：（1）bc；（2分）（2）3mol/LH₂SO₄、氯化鈉固體（或6mol/LHCl、硫酸鈉固體）（2分）

實驗II：大于（2分）（1）2Al+Fe₂O₃2Fe + Al₂O₃；（3分）

（2）①2（1分）；②1（1分）；

（3）3（1分），2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；（3分）；

解析:

實驗I：（1）兩實驗現(xiàn)象的差異原因應(yīng)從反應(yīng)物組成的不同點去尋找，此題中其他條件均相同，不同的是鹽酸中含有Cl^-而硫酸中含有SO₄^2-，所以從這個方面思考即可得答案；

（2）根據(jù)控制變量法和對比實驗法，在控制其他條件相同時，只讓兩實驗中有一個變量不同。如：都用稀硫酸，但其中一份加入Cl^-而另一份不加Cl^-，即可得出結(jié)論（類似方法亦可）。

實驗II：由化學(xué)方程式可知，等物質(zhì)的量的HCl與NaOH相比，NaOH消耗的鋁更多，所以留下的鋁就少，故“前者大于后者”；

（1）根據(jù)信息和有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，可以看出黑色固體可能是鋁、鐵、硅三種單質(zhì)中的一種或幾種，從而提出猜想。猜想1中鐵的生成是由于電解法時生成的鋁能與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)，由此可寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式；猜想2的化學(xué)反應(yīng)方程式根據(jù)題意就可直接寫出；

（2）①在鹽酸中固體完全溶解，證明一定不含硅，所以猜想2一定不正確；

②在氫氧化鈉溶液中固體完全溶解，證明一定不含鐵，所以猜想1一定不正確；

（3）綜合（1）（2）中相應(yīng)的結(jié)論，可知此固體只含有鋁，故猜想3正確，猜想4不正確，固體是鋁，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑。