Question

12．實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)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(yīng)，反應(yīng)過程中無氣體放出．在反應(yīng)結(jié)束后的溶液中，逐滴加入2mol．L^-l的NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產(chǎn)生的沉淀的物質(zhì)的量（mol）關(guān)系如圖所示，下列說法不正確的是（　�。�

• A． 反應(yīng)前的溶液中，硝酸的物質(zhì)的量為0.2 mol
• B． C點(diǎn)對(duì)應(yīng)NaOH溶液的體積為48 mL
• C． 樣品中鋁粉和鐵粉的物質(zhì)的量之比為5：3
• D． D點(diǎn)與A點(diǎn)沉淀物質(zhì)的量的差為0.02 mol

Answer 1

分析 鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應(yīng)，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會(huì)有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低，可以推測(cè)N元素由+5變成了-3價(jià)，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)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，
B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，計(jì)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(zhì)的量；
根據(jù)DE段消耗的氫氧化鈉計(jì)算溶液中n（NH₄⁺），結(jié)合Al（OH）₃的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，計(jì)算Fe的物質(zhì)的量；
由反應(yīng)過程可知，到加入氫氧化鈉為88mL時(shí)，溶液中溶質(zhì)為硝酸鈉與硝酸銨，根據(jù)鈉元素守恒計(jì)算硝酸鈉，結(jié)合n（NH₄⁺）可得n（NH₄NO₃），根據(jù)氮元素守恒可知：原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃），而C點(diǎn)溶液為NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根據(jù)氮元素守恒計(jì)算C點(diǎn)溶液中n′（NaNO₃），進(jìn)而計(jì)算NaOH溶液的體積，據(jù)此解答．

解答 解：鋁粉和鐵粉的混合物與一定量很稀HNO₃充分反應(yīng)，被氧化為Al³⁺、Fe³⁺，通過題意，反應(yīng)始終沒有氣體生成，可以得出不會(huì)有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低，可以推測(cè)N元素由+5變成了-3價(jià)，由圖可得硝酸過量，加入氫氧化鈉溶液應(yīng)先與硝酸反應(yīng)，再生成沉淀，當(dāng)沉淀完全后，由圖知繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應(yīng)，則隨著NaOH的滴加，發(fā)生的反應(yīng)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，
B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為：104mL-94m=10mL，故該階段參加反應(yīng)的氫氧化鈉為：0.01L×2mol/L=0.02mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.02mol，根據(jù)鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.02mol，
由圖可知DE段消耗的氫氧化鈉的體積為：94mL-88mL=6mL，故該階段參加反應(yīng)的氫氧化鈉為：0.006L×2mol/L=0.012mol，根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O 可知，計(jì)算溶液中n（NH₄⁺）=0.012mL，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有：3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），即3n（Fe）+3×0.02mol=8×0.012mol，解得：n（Fe）=0.012mol，
由反應(yīng)過程可知，到加入氫氧化鈉為88mL時(shí)，溶液中溶質(zhì)為硝酸鈉與硝酸銨，n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.012mol，根據(jù)鈉元素守恒，可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.088L×2mol/L=0.176mol，根據(jù)氮元素守恒計(jì)算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.176mol+0.012mol×2=0.2mol，而c點(diǎn)溶液為NaNO₃、NH₄NO₃、Fe（NO₃）₃、Al（NO₃）₃，根據(jù)氮元素守恒n′（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）+3n[Fe（NO₃）₃]+3n[Al（NO₃）₃]=n（HNO₃），故C點(diǎn)溶液中n′（NaNO₃）=0.2mol-0.012mol×2-0.012mol×3-0.02mol×3=0.08mol，故C點(diǎn)加入NaOH的物質(zhì)的量為0.08mol，
A．根反應(yīng)前的溶液中，硝酸的物質(zhì)的量為0.2 mol，故A正確；
B．根據(jù)分析可知，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)NaOH溶液的體積=$\frac{0.08mol}{2mol/L}$=0.04L=40mL，故B錯(cuò)誤；
C．根據(jù)分析可知，混合金屬中n（Al）=0.02mol、n（Fe）=0.012mol，樣品中鋁粉和鐵粉的物質(zhì)的量之比為5：3，故C正確；
D．D點(diǎn)與A點(diǎn)沉淀物質(zhì)的量的差為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，即為0.02 mol，故D正確；
故選B．

點(diǎn)評(píng) 本題以圖象形式考查金屬與硝酸的反應(yīng)、混合物計(jì)算等，題目難度較大，明確圖中各階段反應(yīng)過程是解題的關(guān)鍵，解答中注意守恒思想的運(yùn)用，為易錯(cuò)題目，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．