Question

鎂、鋁、鐵等金屬都在生活和工業(yè)中十分常見，請完成下面關于這三種金屬的簡單計算．
1．一定量的鋁鐵合金與300mL 2moL?L^-1硝酸反應生成33.6L NO（標準狀況）和三價鐵鹽、鋁鹽等，再向反應后的溶液中加入3mol?L^-1 NaOH溶液，使鋁、鐵元素全部轉化為沉淀，則所加NaOH溶液的體積是多少？（寫出計算過程）
2．在標準狀況下進行下列實驗：甲、乙、丙各取30.00mL同濃度的鹽酸，加入同一鎂、鋁合金，產(chǎn)生氣體，測得有關數(shù)據(jù)列表如下：

實驗序號	甲	乙	丙
合金質量	0.255g	0.385g	0.459g
氣體體積	280mL	336mL	336mL

（1）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，可計算出合金中鎂與鋁的物質的量之比為

 

．
（2）在丙實驗之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體請計算：（寫出計算過程）
①濾液中溶質的物質的量
②加入NaOH溶液的體積
3．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(chǎn)物中氮元素的化合價越低．現(xiàn)有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀的硝酸充分反應，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(chǎn)生的沉淀的物質的量（mol）的關系如圖所示．試回答下列問題：

（1）B與A的差值為

 

mol．
（2）B點對應的沉淀的物質的量為

 

mol，C點對應的氫氧化鈉溶液的體積為

 

mL．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,氧化還原反應的計算,有關混合物反應的計算

專題：計算題

分析：1．當鋁、鐵元素全部轉化為沉淀時，溶液中僅含NaNO₃，氫氧化鈉中鈉元素與最后溶液中硝酸根物質的量相等，硝酸在反應中部分硝酸根被還原為NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_總-n（NO），進而計算NaOH溶液的體積；
2．（1）鹽酸濃、體積一定，甲中合金質量小于乙中合金質量，且甲中生成氣體體積小于乙中氣體體積，說明甲中鹽酸過量、金屬完全反應，乙中合金質量小于丙中合金質量，且乙、丙生成氣體體積相等，說明乙、丙中鹽酸完全反應，令甲中鎂、鋁的物質的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質量之和與電子轉移守恒列方程計算x、y的值，據(jù)此解答；
（2）①在丙實驗之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體，溶液中溶質為NaCl、NaAlO₂，根據(jù)氫氣的體積計算HCl的物質的量，溶液中（NaCl）=n（Cl^-），設0.459g合金中含鋁的物質的量為xmol，結合（1）中Mg、Al物質的量關系，根據(jù)質量列方程計算，由Al元素守恒n（NaAlO₂）=n（Al）；
②根據(jù)鈉離子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂），進而計算氫氧化鈉的體積；
3．（1）B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，計算EF段消耗的氫氧化鈉，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，得出Al（OH）₃的物質的量；
（2）B點對應的沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，DE段發(fā)生反應NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，根據(jù)消耗氫氧化鈉溶液計算n（NH₄⁺），根據(jù)電子轉移守恒計算n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]；
根據(jù)氫氧化鋁、氫氧化鐵總物質的量計算CD段消耗氫氧化鈉的體積，進而計算C點體積．

解答： 解：1．當鋁、鐵元素全部轉化為沉淀時，溶液中僅含NaNO₃，氫氧化鈉中鈉元素與最后溶液中硝酸根物質的量相等，硝酸在反應中部分硝酸根被還原為NO，故n（NaOH）=n（HNO₃）_總-n（NO）=0.30L×2moL?L^-1-（3.36L÷22.4L/mol）=0.45mol，故需要NaOH溶液的體積=0.45mol÷3mol/L=0.15L=150mL，
答：所加NaOH溶液的體積是150mL．
2．（1）鹽酸濃、體積一定，甲中合金質量小于乙中合金質量，且甲中生成氣體體積小于乙中氣體體積，說明甲中鹽酸過量、金屬完全反應，乙中合金質量小于丙中合金質量，且乙、丙生成氣體體積相等，說明乙、丙中鹽酸完全反應，
令甲中鎂、鋁的物質的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質量可知24x+27y=0.255，根據(jù)電子轉移守恒有2x+3y=（0.28L÷22.4L/mol）×2，聯(lián)立方程解得：x=0.005、y=0.005，故合金中鎂與鋁的物質的量之比為0.005mol：0.005mol=1：1，
故答案為：1：1；
（2）①在丙實驗之后，向容器中加入一定量1.00mol/L的NaOH溶液，使合金中的鋁恰好完全溶解，再濾出不溶固體，溶液中溶質為NaCl、NaAlO₂，
鹽酸完全反應生成氫氣336mL，氫氣的物質的量=0.336L÷22.4L/mol=0.015mol，根據(jù)氫元素守恒可知n（HCl）=2n（H₂）=2×0.015mol=0.03mol，溶液中（NaCl）=n（Cl^-）=0.03mol，
設0.459g合金中含鋁的物質的量為xmol，由（1）中計算可知，Mg的物質的量也是x mol，則：27x+24x=0.459，解得x=0.009mol，n（NaAlO₂）=n（Al）=0.009mol，
答：反應中NaCl為0.03mol，NaAlO₂為0.009mol．
②根據(jù)鈉離子守恒n（NaOH）=n（NaCl）+n（NaAlO₂）=0.03mol+0.009mol=0.039mol，故需要氫氧化鈉溶液的體積=0.039mol÷1mol/L=0.039L=39mL，
答：加入NaOH溶液的體積為39mL．
3．（1）B與A的差值為氫氧化鋁的物質的量，由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34mL=2mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質的量為0.008mol，
故答案為：0.008；
（2）DE段發(fā)生反應NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，消耗氫氧化鈉溶液34mL-31mL=3mL，n（NH₄⁺）=3×10^-3L×4mol/L=0.012 mol，N元素由+5價變?yōu)?3價，金屬都由0價變?yōu)?3價，根據(jù)電子守恒得出金屬的物質的量為0.012mol×8÷3=0.032 mol，即n[Fe（OH）₃]+n[Al（OH）₃]=0.032mol；
所以CD段消耗NaOH的體積為：0.032mol×3÷4mol/L=0.024L=24mL，故C點體積=31mL-24mL=7mL，
故答案為：0.032；7．

點評：本題考查混合物計算，屬于拼合型題目，題目計算量較大，側重考查學生分析解決問題能力，（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)關系判斷反應的過量問題是關鍵，（3）中關鍵明確各階段發(fā)生的反應，注意利用守恒思想解答，題目難度中等．