Question

7．現(xiàn)有一包鋁熱劑是鋁粉和氧化鐵粉末的混合物，在高溫下使之充分反應(yīng)，將反應(yīng)后的固體分為兩等份，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（計(jì)算pH時(shí)假定溶液體積沒(méi)有變化，均在常溫下測(cè)定）：
①向其中一份固體中加入100mL 2.0mol-L^-1的NaOH溶液，加熱使其充分反應(yīng)后過(guò)濾，測(cè)得濾液的pH=14；
②向另一份固體中加入140mL 4.0mol-L^-1的溶液，使固體全部溶解，測(cè)得反應(yīng)后所得溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三種陽(yáng)離子且pH=0．
（1）實(shí)驗(yàn)①所得溶液中含鋁元素的離子在溶液中的物質(zhì)的量濃度為1mol/L．
（2）元鋁熱劑混合物中氧化鐵粉末的質(zhì)量為9.6g．
（3）實(shí)驗(yàn)②產(chǎn)生氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.688L．

Answer 1

分析 ①反應(yīng)后溶液顯堿性，說(shuō)明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，F(xiàn)e及其氧化物和堿不反應(yīng)，則溶液里的物質(zhì)就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據(jù)鈉離子守恒可知，AlO₂^-的物質(zhì)的量就是0.1mol；
②反應(yīng)后pH=0，則反應(yīng)后氫離子的物質(zhì)的量是0.14mol，由①可知，在第二個(gè)反應(yīng)中Al³⁺的物質(zhì)的量是0.1mol，氯離子的物質(zhì)的量是0.56mol，所以亞鐵離子的物質(zhì)的量為：（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據(jù)反應(yīng)式2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃可知，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量是：0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：①反應(yīng)后溶液顯堿性，說(shuō)明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，F(xiàn)e及其氧化物和堿不反應(yīng)，則溶液里的物質(zhì)就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據(jù)鈉離子守恒可知，AlO₂^-的物質(zhì)的量就是0.1mol；
②反應(yīng)后pH=0，則反應(yīng)后氫離子的物質(zhì)的量是0.14mol，由①可知，在第二個(gè)反應(yīng)中Al³⁺的物質(zhì)的量是0.1mol，氯離子的物質(zhì)的量是0.56mol，所以亞鐵離子的物質(zhì)的量為：（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據(jù)反應(yīng)式2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃可知，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量是：0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，
（1）反應(yīng)①中反應(yīng)后氫氧根離子的物質(zhì)的量為：1mol/L×0.1L=0.1mol，反應(yīng)中消耗的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：2mol/L×0.1L-0.1mol=0.1mol，氫氧化鈉與鋁反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，則偏鋁酸鈉的物質(zhì)的量為0.1mol，偏鋁酸根離子濃度為：$\frac{0.1mol}{0.1L}$=1mol/L，
故答案為：1mol/L；
（2）由Fe元素守恒可知，每份鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Fe²⁺），故整包鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=0.06mol×$\frac{1}{2}$×2=0.06mol，故整包鋁熱劑中m（Fe₂O₃）=0.06mol×160g/mol=9.6g，
故答案為：9.6g；
（3）反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鐵的物質(zhì)的量是0.06mol，反應(yīng)后每一份中單質(zhì)鋁的物質(zhì)的量為：0.1mol-0.06mol=0.04mol，F(xiàn)e、Al再和鹽酸的反應(yīng)生成的氫氣，
    2Al～3H₂↑，F(xiàn)e～H₂↑，
0.04mol 0.06mol 0.06mol 0.06mol
實(shí)驗(yàn)②產(chǎn)生氣體的體積為：V=nVm=0.06mol×2×22.4L/mol=2.688L，
故答案為：2.688L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物計(jì)算、鋁熱反應(yīng)、金屬溶于酸堿的有關(guān)計(jì)算等，該題難度較大題，既要根據(jù)電荷守恒，計(jì)算離子的濃度，還要判斷鋁熱反應(yīng)中反應(yīng)物的過(guò)量問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的思維能力和審題能力都提出了較高的要求．