Question

【題目】實驗研究發現，硝酸發生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產物中氮元素的化合價越低．某同學取一定量的鋁鐵合金與100mL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4 mol/L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．試回答下列問題：

(1)結合OH－的能力最弱的是________(填離子符號)

(2)B與A的差值為________mol．

(3)原混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為______．

(4)B點對應的沉淀量為________mol，C點對應的溶液體積為________mL．

(5)硝酸溶液的物質的量濃度為_________mol·L－1

(6)寫出鋁與該濃度硝酸反應的離子方程式_____________________。

Answer 1

【答案】NH4+ 0.008 1：3 0.032 7 1．48mol·L－1 8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O

【解析】

鋁粉和鐵粉的混合物與100 mL很稀HNO3充分反應，被氧化為Al3+、Fe3+，反應始終沒有氣體生成，可知不會有氮的氧化物生成，根據題設條件可知，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元素在該反應過程中由+5價變成了較低的價態-3價，結合圖像可以看出硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應先與硝酸發生中和反應，再生成沉淀，當沉淀完全后，繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，則OH-與溶液中的NH4+發生了反應，再繼續滴加氫氧化鈉，氫氧化鋁沉淀被溶解，故結合圖像可分析出隨著氫氧化鈉的不斷滴加，溶液中發生的反應的依次為：OC段：H++OH- = H2O，CD段：Fe3++3OH- = Fe(OH)3↓，Al 3++3OH- = Al(OH)3↓，DE段：NH4++ OH-═NH3H2O，EF段：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，據此分析作答。

（1）D與E一段沉淀的質量沒有發生變化，為NH4NO3和NaOH的反應，所以溶液中結合OH－的能力最弱的是NH4+，

故答案為：NH4+；

（2）E與F之間沉淀的量減少，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，則溶解的沉淀的物質的量（B與A的差值）等于EF階段消耗的氫氧化鈉的物質的量，為4 mol/L（36 mL-34 mL）10-3 = 0.008 mol，

故答案為：0.008 mol；
（3）根據鋁元素守恒可知，設參與反應的鋁的物質的量為x mol，則

解得x = 0.008 mol，

即鋁的物質的量是0.008 mol；

又DE段是NH4NO3和NaOH反應，根據關系式NH4NO3～NaOH得n（NH4NO3）=n（NaOH）=（34-31）×10-3 L×4 mol/L = 0.012 mol，
設鐵有y mol，Al離子也是0.008 mol，NH4+有0.012 mol，根據電子轉移數守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8，
y = 0.024 mol，
所以鐵離子有0.024 mol，根據原子守恒知，鐵的物質的量是0.024mol，則原混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為0.008 mol:0.024 mol = 1:3，

故答案為：1：3；
（4）B為沉淀的最大值，沉淀為Al（OH）3和Fe（OH）3，根據元素守恒法可知，其物質的量分別為鋁粉和鐵粉的物質的量，為0.008 mol+0.024 mol = 0.032 mol；根據圖象確定C點消耗氫氧化鈉的量．滴加NaOH體積為31 mL時，
發生反應為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31 mL-103 mL/L = 7 mL，

故答案為：0.032 mol；7；

（5）E點時，溶液中的溶質是硝酸鈉和氨水，n（NH3H2O）=n（NH4+）=0.012 mol，n（NaNO3）=n（NaOH）= 34×10-3 L×4mol/L = 0.136 mol，根據氮原子守恒知，c（HNO3）= = = 1.48 mol/L，
故答案為：1.48；

（6）根據題意可知，該濃度的硝酸與鋁反應時，得到的氮元素化合價為-3價，根據氧化還原反應的規律配平該離子方程式得，8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O，

故答案為：8Al＋30H＋＋3NO3-===8Al3＋＋3NH4+＋9H2O。