Question

實驗研究發(fā)現(xiàn)，硝酸發(fā)生氧化還原反應時，硝酸的濃度越稀，對應還原產(chǎn)物中氮元素的化合價越低．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，反應過程中無氣體放出．在反應結(jié)束后的溶液中，逐滴加入4mol?L^-1 NaOH溶液，所加NaOH溶液的體積（mL）與產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量（mol）關(guān)系如圖所示．
問題：（1）鐵粉與鋁粉的混合物與該濃度硝酸反應后，溶液中的陽離子除了Al³⁺、Fe³⁺、另外還有

NH₄⁺

、

H⁺

（填離子符號）
（2）B與A的差值為

0.008

mol
（3）寫出DE段離子反應方程式

NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O

（4）原混合物中鋁粉與鐵粉的物質(zhì)的量之比為

1：3

．
（5）原硝酸溶液中含硝酸的物質(zhì)的量為

0.148

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，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(chǎn)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(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，則隨著NaOH的滴加，發(fā)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
（1）根據(jù)發(fā)生的反應確定，溶液中含有的離子；
（2）B與A的差值為氫氧化鋁的物質(zhì)的量，由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；
（3）DE段為銨根離子與氫氧根離子反應生成一水合氨；
（4）根據(jù)DE段消耗的氫氧化鈉計算溶液中n（NH₄⁺），根據(jù)（3）中計算可知Al（OH）₃的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，計算Fe的物質(zhì)的量；
（5）由反應過程可知，到加入氫氧化鈉為31mL時，溶液中溶質(zhì)為硝酸鈉與硝酸銨，根據(jù)鈉元素守恒計算硝酸鈉，根據(jù)（4）的計算可知n（NH₄⁺），進而可得n（NH₄NO₃），根據(jù)氮元素守恒計算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）．

解答：解：會有氮的氧化物生成，又有硝酸的濃度越稀，對應還原產(chǎn)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(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀量不變，可得與NH₄⁺發(fā)生了反應，則隨著NaOH的滴加，發(fā)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，
（1）由上述分析可知，溶液中的陽離子有Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺、H⁺，
故答案為：NH₄⁺、H⁺；
（2）由圖可知，EF段消耗的氫氧化鈉溶液為36mL-34m=2mL，故該計算參加反應的氫氧化鈉為0.002L×4mol/L=0.008mol，根據(jù)Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O可知，Al（OH）₃的物質(zhì)的量為0.008mol，
故答案為：0.008mol；
（3）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，
故答案為：NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O；
（4）由圖可知，DE段消耗的氫氧化鈉的體積為34mL-31m=3mL，故該階段參加反應的氫氧化鈉為0.003L×4mol/L=0.012mol，根據(jù)NH₄⁺+OH^-═NH₃?H₂O 可知，計算溶液中n（NH₄⁺）=0.012ml，根據(jù)（3）中計算可知n[Al（OH）₃]=0.008mol，根據(jù)鋁元素守恒，故混合金屬中n（Al）=0.008mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有，3n（Fe）+3n（Al）=8n（NH₄⁺），
即3n（Fe）+3×0.008mol=8×0.012mol，解得n（Fe）=0.024mol，
故原混合物中鋁粉與鐵粉的物質(zhì)的量之比為0.008mol：0.024mol=1：3，
故答案為：1：3；
（5）由反應過程可知，到加入氫氧化鈉為31mL時，溶液中溶質(zhì)為硝酸鈉與硝酸銨，根據(jù)鈉元素守恒，
可知n（NaNO₃）=n（NaOH）=0.031L×4mol/L=0.124mol，
根據(jù)（4）的計算可知n（NH₄NO₃）=n（NH₄⁺）=0.012mol，
根據(jù)氮元素守恒計算原硝酸溶液中n（HNO₃）=n（NaNO₃）+2n（NH₄NO₃）=0.124mol+0.012mol×2=0.148mol，
故答案為：0.148．

點評：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(jù)此判斷出硝酸的還原產(chǎn)物以及電子轉(zhuǎn)移守恒的運用是解題關(guān)鍵．