Question

某研究性學習小組度鋁熱反應（以鋁和氧化鐵反應為例）實驗進行研究
請回答下列問題
（1）鋁熱反應時氧化反應，在反應中金屬鋁被

 

（填“氧化”或“還原”）．
（2）甲同學認為，鋁熱反應所得到的熔融物中應含有鐵，鋁兩種金屬，如設計一個簡單的實驗方案證明該熔融物中含有金屬鋁，則實驗所需要的試劑為

 

，可觀察到的實驗現(xiàn)象是

 

．
（3）乙同學認為鋁熱反應得到的熔融物中可能含有Fe₂O₃，他設計了如下方案來驗證：
取一塊該熔融物投入到少量稀硫酸中，反應一段時間后，向反應后的混合液中滴加KSCN溶液，觀察溶液顏色的變化，即可證明熔融物中是否含有Fe₂O₃．則：
該同學的實驗方案是否合理？

 

（填“合理”或“不合理”）若不合理，原因是

 

（若合理，則不用填寫）．
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應后，收集到標準狀況下的氣體336mL，經過濾，洗滌，烘干后得到12.8g固體，向該固體中滴加4.0mol?L的硫酸至恰好溶解時消耗硫酸體積為55mL，在反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)．
求：23.37g熔融物中各成分的質量．

Answer 1

考點：探究鋁熱反應

專題：實驗設計題

分析：（1）根據(jù)鋁元素的化合價變化判斷鋁的性質；
（2）鋁能和強堿反應生成偏鋁酸鹽和氫氣，而鐵不與強堿溶液反應；
（3）鐵離子能夠與鋁、鐵發(fā)生反應生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗；
（4）氧化鋁和金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應，根據(jù)生成氫氣的體積計算出金屬鋁的質量；根據(jù)溶于氫氧化鈉溶液后固體減少的質量為氧化鋁和鋁的質量計算出氧化鋁的質量；12.8g為鐵和氧化鐵的質量，根據(jù)反應后生成的是亞鐵離子及硫酸的物質的量計算出鐵和液體的物質的量及質量．

解答： 解：（1）鋁熱反應中鋁作氧化劑，鋁失電子化合價升高被氧化，反應中體現(xiàn)出其還原性，
故答案為：氧化；
（2）鋁能和強堿反應生成鹽和氫氣，鐵和氫氧化鈉溶液不反應，所以要驗證含有鋁所需用的試劑為氫氧化鈉溶液，觀察到的現(xiàn)象是溶液中有氣泡出現(xiàn)，
故答案為：氫氧化鈉溶液；溶液中有氣泡出現(xiàn)；
（3）由于鐵離子檢驗氧化性，能夠與鐵、鋁發(fā)生反應生成亞鐵離子，干擾了鐵離子的檢驗，所以該方法不合理，
故答案為：不合理；鐵離子容易被鐵、鋁還原成亞鐵離子；
（4）取23.37g熔融物（主要含有鐵和氧化鋁，還含有少量氧化鐵和鋁）投入足量的濃氫氧化鈉溶液中，充分反應后，收集到標準狀況下的氣體336mL，該氣體為氫氣，反應的方程式為：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑，標況下336mL氫氣的物質的量為：n（H₂）=

336×10-3L

22.4L/mol

=0.015mol，則反應消耗的鋁的物質的量為：n（Al）=

2

3

n（H₂）=0.015mol×

2

3

=0.01mol，混合物中含有鋁的質量為：27g/mol×0.01mol=0.27g；
經過濾，洗滌，烘干后得到12.8g固體，固體減的質量為：23.37g-12.8g=10.57g，減少的質量為氧化鋁和鋁的質量之和，所以混合物中氧化鋁的質量為：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固體為Fe和氧化鐵的混合物，向該固體中滴加4.0mol?L的硫酸至恰好溶解時消耗硫酸體積為55mL，在反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)，說明反應恰好生成硫酸亞鐵，設鐵的物質的量為x，氧化鐵的物質的量為y，則：①56x+160y=12.8g，再根據(jù)鐵元素守恒及硫酸亞鐵的組成可知，鐵元素的物質的量大于硫酸根離子的物質的量，即：②x+2y=4.0mol?L×0.055L，
根據(jù)①②聯(lián)立解得：

x=0.2mol y=0.01mol

，所以混合物中鐵的質量為：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化鐵的質量為：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的質量為：0.27g鋁、10.3g氧化鋁、11.2g鐵、1.6g氧化鐵．

點評：本題考查了鋁熱反應原理、化學方程式的計算，題目難度中等，注意掌握鋁熱反應原理，明確根據(jù)化學方程式進行化學計算的方法，（4）為難度、易錯點，注意合理分析質量變化及發(fā)生的反應．