Question

Ⅰ將a mol的Na₂O₂和bmol NaHCO₃固體混合后，在密閉容器中加熱到250℃，讓其充分反應(yīng)，假設(shè)NaHCO₃分解產(chǎn)生的CO₂與Na₂O₂反應(yīng)完后，H₂O再與Na₂O₂反應(yīng)．
（1）當(dāng)剩余固體只有Na₂CO₃，排出氣體中O₂的物質(zhì)的量為______（用含a或b的代數(shù)式表示）
（2）當(dāng)時(shí)，剩余固體是______，排出氣體是______．
（3）當(dāng)剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，排出氣體為O₂，H₂O時(shí)，的值為______．
（4）當(dāng)排出的O₂和H₂O為等物質(zhì)的量時(shí)，則的值為______．
Ⅱ?qū)嶒?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．某同學(xué)取一定量鐵鋁合金與100mL某濃度的硝酸充分反應(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(zhì)的量（mol）的關(guān)系如圖所示（C＞0）．試回答下列問題：
（1）寫出反應(yīng)過程中的離子反應(yīng)方程式：
DE段______，
EF段______．
（2）合金中，鋁的質(zhì)量為______g，鐵的質(zhì)量為______g．
（3）硝酸溶液的物質(zhì)的量濃度為______mol?L^-1
（4）C的值為______mL．

Answer 1

解：（1）當(dāng)剩余固體只有碳酸鈉時(shí)，則過氧化鈉恰好和二氧化碳完全反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)方程式為2NaHCO₃+Na₂O₂ 2Na₂CO₃+H₂O+O₂，所以排出氣體中O₂的物質(zhì)的量是過氧化鈉的一半為mol，故答案為：mol；
（2）當(dāng)時(shí)，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2NaHCO₃+2Na₂O₂ 2Na₂CO₃+2NaOH+O₂，過氧化鈉有剩余，碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳和水完全反應(yīng)，固體中含有Na₂CO₃、NaOH、Na₂O₂，排出氣體為O₂，故答案為：Na₂CO₃、NaOH、Na₂O₂；排出氣體為O₂；
（3）當(dāng)剩余固體為Na₂CO₃，NaOH，排出氣體為O₂，H₂O時(shí)，說明過氧化鈉、二氧化碳完全反應(yīng)，水部分反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)是①②③，則的值為，故答案為：；
（4）2NaHCO₃ Na₂CO₃+H₂O+CO₂ ①
2 1 1
b
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ ②
2 2 1

2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂ ③
2 2 1
x x
排出的水為-x，氧氣的量為 ，當(dāng)排出的O₂和H₂O為等物質(zhì)的量時(shí)，則 -x=，x=，所以a=，所以=，故答案為：；
Ⅱ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
（1）D與E一段沉淀的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為，NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O，
E與F之間沉淀的量減少，肯定是因?yàn)锳l（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O
故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（2）E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，
其反應(yīng)方程式為Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
氫氧化鋁與氫氧化鈉物質(zhì)的量之比為1：1，
EF段的n（NaOH）=4mol/L×2×10^-3L=0.008mol，
Al-----Al（OH）₃----NaOH→NaAlO₂+2H₂O
27g 1mol
0.216g 0.008mol
所以鋁的質(zhì)量是0.216g；
D與E一段氫氧化鈉被消耗，
但沒有和氫氧化鋁反應(yīng)，從題干中可以知道
硝酸反應(yīng)沒有氣體產(chǎn)生，由此可以肯定還原產(chǎn)物為硝酸銨．
DE段分析如下，是NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)
NH₄NO₃～NaOH
1 mol 1mol
n（NH₄NO₃）=n（NaOH）=（34-31）×10^-3L×4mol/L=0.012mol 所以鐵和鋁開始和硝酸反應(yīng)的時(shí)候生成三價(jià)離子，N元素變成銨根離子
鐵離子和鋁離子失去3e，N元素從+5變成-3價(jià)得8e
設(shè)鐵有xmol，Al離子也是0.008mol，NH₄⁺有0.012mol，根據(jù)電子守恒可得：
3x+0.008×3=0.012×8
x=0.024mol，
所以鐵離子有0.024mol，根據(jù)原子守恒知，鐵的物質(zhì)的量是0.024mol，其質(zhì)量=0.024mol×56g/mol=1.344g，
故答案為：0.216；1.344；
（3）E點(diǎn)時(shí)，溶液中的溶質(zhì)是硝酸鈉和氨水，n（NH₃?H₂O ）=n（NH₄⁺）=0.012mol，n（NaNO₃）=n（NaOH）=34×10^-3L×4mol/L=0.136mol，根據(jù)氮原子守恒知，C（HNO₃）===1.48mol/L，故答案為：1.48；
（4）滴加NaOH體積為31ml時(shí)，
發(fā)生反應(yīng)為①H⁺+OH^-=H₂O，②Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，
可計(jì)算得出C點(diǎn)氫氧化鈉溶液的體積為
31ml-×10³ml/L=7mL．
故答案為：7．
分析：Ⅰ此題實(shí)質(zhì)上是分析發(fā)生的連續(xù)反應(yīng)的分段情況．
2NaHCO₃ Na₂CO₃+H₂O+CO₂ ①
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ ②
2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂ ③
當(dāng)發(fā)生反應(yīng)①、②且完全反應(yīng)時(shí)，則有Na₂CO₃、H₂O和O₂，；若Na₂O₂不足，則CO₂有剩余，則＜．
當(dāng)發(fā)生反應(yīng)①、②、③且完全反應(yīng)時(shí)，a=b，=1，有Na₂CO₃、NaOH和O₂；若Na₂O₂不足以與水完全反應(yīng)，則水蒸氣有剩余，＜1；若Na₂O₂有剩余，則＞1．
Ⅱ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
（1）D與E一段沉淀的質(zhì)量沒有發(fā)生變化，為NH₄NO₃和NaOH反應(yīng)，E與F之間沉淀的量減少，為Al（OH）₃溶解在氫氧化鈉溶液中，以此書寫離子方程式；
（2）根據(jù)曲線的變化判斷出各段反應(yīng)，根據(jù)消耗的氫氧化鈉的體積和反應(yīng)方程式計(jì)算反應(yīng)后溶液含有鐵離子和鋁離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)原子守恒計(jì)算鋁和鐵的質(zhì)量；
（3）根據(jù)E點(diǎn)溶液中的溶質(zhì)結(jié)合原子守恒計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（4）根據(jù)消耗NaOH的總體積，結(jié)合在D點(diǎn)氫氧化鈉與硝酸、鋁鐵離子的反應(yīng)，可計(jì)算得出C點(diǎn)氫氧化鈉溶液的體積．
點(diǎn)評(píng)：本題考查金屬與硝酸的反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，屬于中等難度試題，解答此題關(guān)鍵是判斷出硝酸的還原產(chǎn)物以及電子轉(zhuǎn)移守恒的運(yùn)用．