Question

（8分）將稀硝酸逐滴加入盛有鋁鐵合金的容器中，當固體恰好完全溶解時，產生標準狀況下NO 40.32L，將反應后的溶液平均分成三等份，分別進行如下實驗：
（1）第一份溶液中逐滴加入2 mol·L^-1NaOH溶液，至恰好達到最大沉淀，不考慮空氣中O₂的氧化，則需加入NaOH溶液的體積為________________。
（2）第二份溶液中邊加入NaOH溶液，邊在空氣中充分攪拌，至恰好達到最大沉淀量，將產生的沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量比第一份重5.1g，則該過程中消耗O₂的物質的量為_______________。
（3）第三份溶液中逐滴加入4 mol·L^-1NaOH溶液，至Al(OH)₃沉淀恰好溶解，消耗NaOH溶液500mL，計算原合金中鋁的質量。（寫出解題過程）(4分)

Answer 1

（1）900mL或0.9L (2分)   （2）0.075mol(2分)
（3）依據Na原子守恒有：n(NaOH)=n(NaAlO₂)+n(NaNO₃)
n(NaOH)=4mol/L×0.5L×3=6mol    (1分)
依題意硝酸不過量,n(HNO₃)=4n(NO)=4×(40.32L/22.4L/mol)=7.2mol
則，n(NaNO₃)=3/4×7.2mol=5.4mol   (1分)
n(Al)= n(NaAlO₂)=" n(NaOH)" －n(NaNO₃)=6mol－5.4mol=0.6mol   (1分)
m(Al)=0.6mol×27g/mol=16.2g   (1分)
原合金中含鋁的質量為16.2g   （此問若學生求出5.4g，可得3分）

試題分析：（1）此容器中發生反應Fe+4HNO₃=Fe(NO₃)₃+NO+2H₂O
Al+4HNO₃=Al(NO₃)₃+NO+2H₂O
Fe(NO₃)₃+3 NaOH= Fe(OH)₃+3NaNO₃
Al(NO₃)₃+3 NaOH= Al(OH)₃+3NaNO₃
還有可能發生：Fe+2 Fe(NO₃)₃= 3Fe(NO₃)₂
Fe(NO₃)₂+2NaOH= Fe(OH)₂+2NaNO₃
依題意硝酸不過量，每份溶液中n(HNO₃)="4n(NO)" ×1/3="4×(40.32L/22.4L/mol)" 1/3
=2.4mol
依據N元素守恒：n(HNO₃)= n(NaNO₃)+ n(NO)
又n(NO)="40.32L/(22.4L/" mol) ×1/3="0.6" mol
n(NaNO₃)="1.8" mol
故 V（NaOH）=" 1.8" mol/2 mol·L^-1 = 0.9L
（2）第二份溶液中加入NaOH溶液的同時在空氣中充分攪拌，此時的Fe(OH)₂完全轉化為Fe(OH)₃，發生反應   4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃，故沉淀增重的質量是4Fe(OH)₂吸收的氧氣和水的質量，即
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃            △m
32                              68
n(O₂) ×32g/ mol                      5.1g
n(O₂)= 0.075mol