- 铝热反应
- 共96题
(1)铝热反应在工业生产中的重要用途之一是______;用化学方程式表示出其中的原理______(举一例).铝制品因为表面易形成致密的氧化铝薄膜而经久耐用,但是该氧化膜易被酸、碱破坏,若将表面有一层氧化铝薄膜的铝条和氢氧化钠溶液作用,反应的化学方程式为______、______.
(2)常温、常压下X2、Y2、Z2三种气体有如图转化关系:
①三种气体的化学式分别是X2:______、Y2:______、Z2:______.
②Z2与X2Y能发生反应,该反应______氧化还原反应(填“是”或“不是”).
③Z2与NaOH溶液反应的离子方程式为______.
正确答案
解:(1)铝热反应中放出大量的热,可用来焊接钢轨或冶炼难熔金属等,如Al与氧化铁反应生成氧化铝和Fe,该反应为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,该离子反应为Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O,铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的化学方程式为:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,故答案为:焊接钢轨或冶炼难熔金属等;2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe;Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O;2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑;
(2)根据转化关系,X2、Z2点燃火焰呈苍白色,应为氢气在氯气中燃烧,X2、Y2、点燃生成液态物质,且X、Y原子个数比为2:1,可知X2Y为水,所以X2 为H2,Y2为O2,Z2为Cl2,
(1)根据上面的分析可知,X2、Y2、Z2分别是H2、O2、Cl2,
故答案为:H2、O2、Cl2;
(2)氯气与水反应生成氯化氢和次氯酸钠,反应的化学方程式为Cl2+H2⇌HCl+HClO,是氧化还原反应,
故答案为:是;
(3)氯气与NaOH溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠,反应的离子方程式为Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O,
故答案为:Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O.
解析
解:(1)铝热反应中放出大量的热,可用来焊接钢轨或冶炼难熔金属等,如Al与氧化铁反应生成氧化铝和Fe,该反应为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,该离子反应为Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O,铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的化学方程式为:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,故答案为:焊接钢轨或冶炼难熔金属等;2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe;Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O;2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑;
(2)根据转化关系,X2、Z2点燃火焰呈苍白色,应为氢气在氯气中燃烧,X2、Y2、点燃生成液态物质,且X、Y原子个数比为2:1,可知X2Y为水,所以X2 为H2,Y2为O2,Z2为Cl2,
(1)根据上面的分析可知,X2、Y2、Z2分别是H2、O2、Cl2,
故答案为:H2、O2、Cl2;
(2)氯气与水反应生成氯化氢和次氯酸钠,反应的化学方程式为Cl2+H2⇌HCl+HClO,是氧化还原反应,
故答案为:是;
(3)氯气与NaOH溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠,反应的离子方程式为Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O,
故答案为:Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O.
某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究.现行高中化学教材中对“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”.查阅《化学手册》知,Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下:
Ⅰ.(1)某同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金.理由是:该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金.你认为他的解释是否合理?______(填“合理”或“不合理”).
(2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝.该实验所用试剂______,反应的离子方程式为______.
(3)实验室溶解该熔融物,在下列试剂中最适宜的试剂是______(填序号).
A.浓硫酸 B.稀硫酸
C.稀硝酸 D.氢氧化钠溶液.
Ⅱ.实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越稀,对应还原产物中氮元素的化合价越低.某同学取一定量上述的熔融物与过量的很稀的硝酸充分反应,反应过程中无气体放出.在反应结束后的溶液中,逐滴加入4mol•L-1的氢氧化钠溶液,所加氢氧化钠溶液的体积(mL)与产生的沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示.试回答下列问题:
(1)图中OC段没有沉淀生成,此阶段发生反应的离子方程式为______.
(2)在DE段,沉淀的物质的量没有变化,则此阶段发生反应的离子方程式为______;上述现象说明溶液中______结合OH-的能力比______强(填离子符号).
(3)B与A的差值为______mol.
(4)B点对应的沉淀的物质的量为______mol,C点对应的氢氧化钠溶液的体积为______mL.
正确答案
解:Ⅰ.(1)铝的熔点比铁低,生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金,所以铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金,
故答案为:合理;
(2)铝与NaOH溶液反应生成气体,反应的化学方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,所以可用NaOH溶液检验所得的块状熔融物中含有金属铝,
故答案为:NaOH溶液;2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(3)A.浓硫酸易使铁、铝钝化,不能使合金溶解,故A错误;
B.活泼金属与稀硫酸反应,熔融物可溶解于稀硫酸中,故B正确;
C.稀硝酸与金属反应生成污染性气体,不是最佳选择,故C错误;
D.铁不与NaOH溶液反应,不能将熔融物全部溶解,故D错误;
故答案为:B;
Ⅱ.(1)O→C 之间没有沉淀生成,说明硝酸过量,O→C 之间发生的反应酸碱中和反应,离子方程式为H++OH-═H2O,
故答案为:H++OH-═H2O;
(2)D与E一段沉淀的质量没有发生变化,为NH4NO3和NaOH反应,反应的离子方程式为NH4++OH-═NH3•H2O,
上述现象说明溶液中最先结合OH-是氢离子,最后结合OH-是铵根离子,所以溶液中Al3+、Fe3+、H+离子结合OH-的能力强于铵根离子,
故答案为:NH4++OH-═NH3•H2O; Al3+、Fe3+、H+;NH4+;
(3)由图可知,EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL,故该计算参加反应的氢氧化钠为0.002L×4mol/L=0.008mol,根据Al(OH)3 +OH-=AlO2-+2H2O可知,Al(OH)3的物质的量为0.008mol,
故答案为:0.008;
(4)由图可知,EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL,故该计算参加反应的氢氧化钠的物质的量为:0.002L×4mol/L=0.008mol,根据Al(OH)3 +OH-=AlO2-+2H2O可知,Al(OH)3的物质的量为0.008mol;金属混合物中含有铝0.008mol;
设铁为xmol,Al为0.008mol,生成硝酸铵为:(34-31)×0.001L×4mol/L=0.012mol,由于显示过量,铁反应生成了硝酸铁,由电子守恒可知,3x+0.008×3=0.012×8,解得x=0.024mol,即反应生成氢氧化铁的物质的量为0.024mol,生成沉淀的总物质的量为:0.008mol+0.024mol=0.032mol;
滴加NaOH体积为31ml时,发生反应为①H++OH-=H2O,②Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,Al3++3OH-=Al(OH)3↓,则C点氢氧化钠溶液的体积为31mL-×1000mL/L-
×1000mL/L=7mL,
故答案为:0.032;7.
解析
解:Ⅰ.(1)铝的熔点比铁低,生成铁和液态铝一起滴落至盛有沙子的容器中形成合金,所以铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金,
故答案为:合理;
(2)铝与NaOH溶液反应生成气体,反应的化学方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,所以可用NaOH溶液检验所得的块状熔融物中含有金属铝,
故答案为:NaOH溶液;2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(3)A.浓硫酸易使铁、铝钝化,不能使合金溶解,故A错误;
B.活泼金属与稀硫酸反应,熔融物可溶解于稀硫酸中,故B正确;
C.稀硝酸与金属反应生成污染性气体,不是最佳选择,故C错误;
D.铁不与NaOH溶液反应,不能将熔融物全部溶解,故D错误;
故答案为:B;
Ⅱ.(1)O→C 之间没有沉淀生成,说明硝酸过量,O→C 之间发生的反应酸碱中和反应,离子方程式为H++OH-═H2O,
故答案为:H++OH-═H2O;
(2)D与E一段沉淀的质量没有发生变化,为NH4NO3和NaOH反应,反应的离子方程式为NH4++OH-═NH3•H2O,
上述现象说明溶液中最先结合OH-是氢离子,最后结合OH-是铵根离子,所以溶液中Al3+、Fe3+、H+离子结合OH-的能力强于铵根离子,
故答案为:NH4++OH-═NH3•H2O; Al3+、Fe3+、H+;NH4+;
(3)由图可知,EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL,故该计算参加反应的氢氧化钠为0.002L×4mol/L=0.008mol,根据Al(OH)3 +OH-=AlO2-+2H2O可知,Al(OH)3的物质的量为0.008mol,
故答案为:0.008;
(4)由图可知,EF段消耗的氢氧化钠溶液为36mL-34m=2mL,故该计算参加反应的氢氧化钠的物质的量为:0.002L×4mol/L=0.008mol,根据Al(OH)3 +OH-=AlO2-+2H2O可知,Al(OH)3的物质的量为0.008mol;金属混合物中含有铝0.008mol;
设铁为xmol,Al为0.008mol,生成硝酸铵为:(34-31)×0.001L×4mol/L=0.012mol,由于显示过量,铁反应生成了硝酸铁,由电子守恒可知,3x+0.008×3=0.012×8,解得x=0.024mol,即反应生成氢氧化铁的物质的量为0.024mol,生成沉淀的总物质的量为:0.008mol+0.024mol=0.032mol;
滴加NaOH体积为31ml时,发生反应为①H++OH-=H2O,②Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,Al3++3OH-=Al(OH)3↓,则C点氢氧化钠溶液的体积为31mL-×1000mL/L-
×1000mL/L=7mL,
故答案为:0.032;7.
按要求回答下列问题:
(1)实验室铝粉和Fe2O3作铝热反应实验,铝热反应的方程式为______,该实验中除用到铝粉和Fe2O3外,需要的试剂还有______(填编号).a.KClO3 b.Mg c.MnO2 d.KCl
(2)据文献报道,在实际反应中铝热反应的产物成分较为复杂.某课题组对铝热反应产物的成分进行探究,经成分分析,发现主要得到甲和乙两种产物.甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成;乙是一种铁铝的金属互化物(可用FexAly表示),取该合金粉末2.47g,滴加足量浓NaOH溶液,充分搅拌、过滤、洗涤得固体.再将所得固体在空气中充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g.
①甲的化学式为______,乙的组成可表示为______.
②甲的晶体是耐高温材料,用此材料做成的坩埚,不能用来熔融NaOH,用化学方程式解释其原因______;
含二氧化硅材料做成的坩埚______(填“能”或“不能”)用来熔融NaOH.
③如图表示室温下相同组分的乙分别在两种不同的酸中的腐蚀情况,由图可知,乙在______中具有比较强的抗腐蚀性,原因可能是______.
正确答案
解:(1)铝与氧化铁发生铝热反应的方程式为:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe;该实验中除用到铝粉和Fe2O3外,需要的试剂还有氯酸钾和镁,故ab正确,
故答案为:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe;ab;
(2)①甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成,则甲是Al2O3;取该合金粉末2.47g,滴加足量浓NaOH溶液,其中铝溶解转化为偏铝酸钠,充分搅拌、过滤、洗涤得固体铁.再将所得固体在空气中充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g,所以红棕色粉末应该是氧化铁,物质的量为:=0.01mol;根据铁原子守恒可知铁的物质的量是0.02mol,质量是0.02mol×56g/mol=1.12g,因此合金中铝的质量是2.47g-1.12g=1.35g,物质的量为:
=0.05mol,所以x:y=0.02:0.05=2:5,则乙的化学式为Fe2Al5,
故答案为:Al2O3;Fe2Al5;
②在加热的条件下氧化铝与氢氧化钠反应,反应的化学方程式为:Al2O3+2NaOH+3H2O═2Na[Al(OH)]4;
二氧化硅与能与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,所以含二氧化硅材料做成的坩埚不能用来熔融NaOH,
故答案为:Al2O3+2NaOH+3H2O═2Na[Al(OH)]4;不能;
③根据图象可知乙在65%浓硝酸中具有比较强的抗腐蚀性,这是由于常温下遇浓硝酸表面钝化,阻碍进一步反应,
故答案为:65%浓硝酸;遇浓硝酸表面钝化,阻碍进一步反应(只要体现出“钝化”即可).
解析
解:(1)铝与氧化铁发生铝热反应的方程式为:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe;该实验中除用到铝粉和Fe2O3外,需要的试剂还有氯酸钾和镁,故ab正确,
故答案为:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe;ab;
(2)①甲由具有相同电子层结构的阴、阳离子构成,则甲是Al2O3;取该合金粉末2.47g,滴加足量浓NaOH溶液,其中铝溶解转化为偏铝酸钠,充分搅拌、过滤、洗涤得固体铁.再将所得固体在空气中充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g,所以红棕色粉末应该是氧化铁,物质的量为:=0.01mol;根据铁原子守恒可知铁的物质的量是0.02mol,质量是0.02mol×56g/mol=1.12g,因此合金中铝的质量是2.47g-1.12g=1.35g,物质的量为:
=0.05mol,所以x:y=0.02:0.05=2:5,则乙的化学式为Fe2Al5,
故答案为:Al2O3;Fe2Al5;
②在加热的条件下氧化铝与氢氧化钠反应,反应的化学方程式为:Al2O3+2NaOH+3H2O═2Na[Al(OH)]4;
二氧化硅与能与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,所以含二氧化硅材料做成的坩埚不能用来熔融NaOH,
故答案为:Al2O3+2NaOH+3H2O═2Na[Al(OH)]4;不能;
③根据图象可知乙在65%浓硝酸中具有比较强的抗腐蚀性,这是由于常温下遇浓硝酸表面钝化,阻碍进一步反应,
故答案为:65%浓硝酸;遇浓硝酸表面钝化,阻碍进一步反应(只要体现出“钝化”即可).
铝热反应是铝的一个重要性质,某校化学兴趣小组同学为了克服传统铝热反应纸漏斗易燃烧、火星四射等缺点,将实验改成以下装置,取磁性氧化铁在如图A实验装置进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物.
(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条引火剂,其原因是______.
(2)该铝热反应的化学方程式为______.
(3)取反应后的“铁块”研碎样称量,加入如图B装置,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体体积以测量样品中残留铝的百分含量.试回答下列问题:
①量气管的量具部分是一个中学实验常见量具改装而成,该仪器的名称为______.
②量气管在读数时必须进行的步骤是______.
③取1g样品进行上述实验,共收集到44.8mL气体(换算成标准状况下),则铝的百分含量为______.
④装置中分液漏斗上端和烧瓶用橡胶管连通,除了可以平衡压强让液体顺利滴入试管之外,还可以起到降低实验误差的作用.如果装置没有橡胶管,测量出铝的百分含量将会______(填“偏大”或“偏小”).
正确答案
解:(1)由于蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热,所有实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条引火剂,
故答案为:蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热;
(2)在高温条件下,铝和四氧化三铁发生氧化还原反应生成铁和氧化铝,反应的化学方程式为:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe,
故答案为:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe;
(3)①量气管的量具部分底部是连接橡胶管,结合实验量具可知是碱式滴定管的部分结构,所以该仪器的名称为碱式滴定管,
故答案为:碱式滴定管;
②对量气管读书时,首先等实验装置恢复到室温再进行下一步操作,然后调节量气管使左右液面相平,最后读数时视线与凹液面最低处相平,保证在常温常压下进行,
故答案为:冷却至室温和调节量气管使左右液面相平;
③标准状况下44.8mL氢气的物质的量为:=2×10-3mol,根据关系式2Al~3H2可知,生成标准状况下44.8mL氢气消耗铝的质量为:27g/mol×2×10-3mol×
=0.036g,则铝的百分含量为:
×100%=3.6%,
故答案为:3.6%;
④橡胶管可以平衡压强让液体顺利滴入试管中,还可以起到降低实验误差的作用,如果装置中没有橡胶管,随液体流下试管中压强增大,试管中排出液体增多,测量出的该物质百分含量将会偏大,
故答案为:偏大.
解析
解:(1)由于蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热,所有实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条引火剂,
故答案为:蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热;
(2)在高温条件下,铝和四氧化三铁发生氧化还原反应生成铁和氧化铝,反应的化学方程式为:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe,
故答案为:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe;
(3)①量气管的量具部分底部是连接橡胶管,结合实验量具可知是碱式滴定管的部分结构,所以该仪器的名称为碱式滴定管,
故答案为:碱式滴定管;
②对量气管读书时,首先等实验装置恢复到室温再进行下一步操作,然后调节量气管使左右液面相平,最后读数时视线与凹液面最低处相平,保证在常温常压下进行,
故答案为:冷却至室温和调节量气管使左右液面相平;
③标准状况下44.8mL氢气的物质的量为:=2×10-3mol,根据关系式2Al~3H2可知,生成标准状况下44.8mL氢气消耗铝的质量为:27g/mol×2×10-3mol×
=0.036g,则铝的百分含量为:
×100%=3.6%,
故答案为:3.6%;
④橡胶管可以平衡压强让液体顺利滴入试管中,还可以起到降低实验误差的作用,如果装置中没有橡胶管,随液体流下试管中压强增大,试管中排出液体增多,测量出的该物质百分含量将会偏大,
故答案为:偏大.
研究发现用铝热法可从下列氧化物中冶炼出有关金属,若要得到等物质的量的有关金属单质,需消耗单质铝最多的是( )
正确答案
解析
解:设得到的金属单质的物质的量为nmol,
A.MnO2→Mn,化合价由+4变为0,化合价降低4价,得到nmol金属锰需要得到4nmol电子;
B.V2O5→V,化合价变从+5变为0,化合价降低5价,生成nmolV需要得到5nmol电子;
C.Cr2O3→Cr,化合价由+3变为0,化合价降低3价,生成nmolCr需要得到3nmol电子;
D.WO3→W,化合价从+6变为0,化合价降低6价,生成nmolW需要得到6nmol电子;
每消耗1mol铝能够提供3mol电子,根据电子守恒,得到以上nmol各金属单质,消耗金属铝最多的为D,
故选D.
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