Question

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。現有一定量鋁粉和鐵粉的混合物與一定體積某濃度的稀硝酸充分反應，反應過程中無氣體放出。在反應結束后的溶液中，逐滴加入5 mol·L^－1的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積(mL)與產生的沉淀的物質的量關系如圖所示。則

（1）B與A的差值為________mol；
（2）原硝酸溶液中含硝酸的物質的量為________mol；
（3）鋁粉和鐵粉的混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為________；
（4）寫出鋁與該濃度硝酸反應的離子方程式____________。

Answer 1

（1）0．05　（2） 0．5　（3） 5∶3　（4） 8Al＋30H^＋＋3NO₃^-=8Al^3＋＋3NH₄⁺＋9H₂O

解析試題分析：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，由圖知繼續加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發生了反應，則隨著NaOH的滴加，發生的反應依次有：①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，③NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，④Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O。由上述分析可知，溶液中的陽離子有Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺、H⁺。（1）由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為104mL-94m=10mL，故該計算參加反應的氫氧化鈉為0．01L×5mol/L=0．05mol，根據Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質的量為0．05mol，故答案為：0．05mol；（2）由上述分析可知，DE段為銨根離子與氫氧根離子反應生成一水合氨，反應離子方程式為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為94mL-88m=6mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0．006L×5mol/L=0．03mol，根據NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0．03mol，根據（3）中計算可知n[Al（OH）₃]=0．05mol，根據鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0．05mol，根據電子轉移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0．05mol=8×0．03mol，解得n（Fe）=0．03mol，故原混合物中鋁粉與鐵粉的物質的量之比為0．05mol：0．03mol=5：3，故答案為：1：3；由反應過程可知，到加入氫氧化鈉為88mL時，溶液中溶質為硝酸鈉與硝酸銨，根據鈉元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0．088L×5mol/L=0．44mol，根據（4）的計算可知n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0．03mol，根據氮元素守恒計算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0．44mol+0．03mol×2=0．5mol，故答案為：0．5。
考點：本題考查金屬與硝酸的反應、離子方程式的書寫、氧化還原反應、化學計算等知識點，難度較大，清楚圖中各階段反應過程，據此判斷出硝酸的還原產物以及電子轉移守恒的運用是解題關鍵。