Question

現有一包鋁熱劑是鋁粉和氧化鐵粉末的混合物，在高溫下使之充分反應，將反應后的固體分為兩等份，進行如下實驗（計算pH時假定溶液體積沒有變化）：
①向其中一份固體中加入100mL 2.0mol/L的NaOH溶液，加熱使其充分反應后過濾，測得濾液的pH=14，
②向另一份固體中加入140mL 4.0mol/L的HCl溶液，使固體全部溶解，測得反應后所得溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三種陽離子且pH=0
（1）寫出該鋁熱反應的化學方程式

 

，寫出實驗①發(fā)生的離子方程式

 

．
（2）這包鋁熱劑中鋁粉的質量為

 

．
（3）計算這包鋁熱劑中氧化鐵粉末的質量．（寫出計算過程）

 

．

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算

專題：計算題

分析：①反應后溶液顯堿性，說明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，Fe及其氧化物和堿不反應，則溶液里的物質就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據鈉離子守恒可知，AlO₂^-的物質的量就是0.1mol；
②反應后pH=0，則氫離子的物質的量是0.14mol，由①可知，在第二個反應中Al³⁺的物質的量是0.1mol，氯離子的物質的量是0.56mol，所以亞鐵離子的物質的量是（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據反應式2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃可知，反應后每一份中單質鐵的物質的量是0.06mol，反應后每一份中單質鋁的物質的量是0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應生成的氫氣，據此解答．

解答： 解：①反應后溶液顯堿性，說明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，Fe及其氧化物和堿不反應，則溶液里的物質就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-濃度是1mol/L，則根據鈉離子守恒可知，n（AlO₂^-）=n_總（NaOH）-n_{反應后溶液}（OH^-）=0.1L×（2.0 mol?L^-1-1.0 mol?L^-1）=0.1 mol，
②反應后pH=0，則氫離子的物質的量=1mol/L×0.14L=0.14mol，由①可知，在第二個反應中Al³⁺的物質的量是0.1mol，氯離子的物質的量=4mol/L×0.14L=0.56mol，所以亞鐵離子的物質的量是（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根據反應式2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃可知，反應后每一份中單質鐵的物質的量是0.06mol，反應后每一份中單質鋁的物質的量是0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和鹽酸的反應生成的氫氣，
（1）Al與氧化鐵在高溫下反應生成Fe與氧化鋁，反應方程式為：2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃；
由上述分析可知，鋁粉和氧化鐵粉末的混合物反應后固體為Fe、氧化鋁及剩余的Al，反應①中Fe和堿不反應，反應離子方程式為：Al₂O₃+2OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+Al₂O₃；Al₂O₃+2OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由Al元素守恒可知，每份鋁熱劑中n（Al）=n（AlO₂^-）=0.1mol，故整包鋁熱劑中m（Al）=0.1mol×2×27g/mol=5.4g，故答案為：5.4g；
（3）由Fe元素守恒可知，每份鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=

1

2

n（Fe²⁺），故整包鋁熱劑中n（Fe₂O₃）=0.06mol×

1

2

×2=0.06mol，故整包鋁熱劑中m（Fe₂O₃）=0.06mol×160g/mol=9.6g，
故答案為：9.6g．

點評：本題考查混合物計算、鋁熱反應、金屬溶于酸堿的有關計算等，該題難度較大題，既要根據電荷守恒，計算離子的濃度，還要判斷鋁熱反應中反應物的過量問題，對學生的思維能力和審題能力都提出了較高的要求，（1）中與堿的離子方程式書寫需要進行計算確定，為易錯點．