- 铝热反应
- 共96题
某同学查阅资料后发现对“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熔点、沸点数据如下：
（1）该同学推测，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？答：______（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．该实验所用试剂是______，反应的离子方程式______；
（3）实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是______（填序号）．
A．浓硫酸B．稀硫酸 C．稀硝酸 D．NaOH溶液．
正确答案
解：（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-+H2O=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-+H2O=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．
解析
解：（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-+H2O=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-+H2O=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．
金属铝在高温条件下与三氧化二铁发生的置换反应称为铝热反应．铝热反应可以应用在生产上，如焊接钢轨等．某教科书对“铝热反应”实验的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的白光”，“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”．
现已知：Al、Fe的熔点、沸点数据如下：
（1）某同学猜测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金．理由是：该反应放热能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，所以铁和铝能形成合金．你认为他的解释______（填“合理”或“不合理”）．
（2）根据已有知识设计一种验证铝热反应所得到的熔融物凝固后的固体中有单质铁的最简单物理方法：______．
（3）设计一个简单的实验方案，证明铝热反应所得到的熔融物凝固后的固体中含有单质铝．请填写下列表格：
正确答案
解：（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）验证产物中有Fe，最简单的方法为：用磁铁，若能吸引则可验证产物中有Fe，
故答案为：用磁铁，若能吸引则可验证产物中有Fe；
（3）金属铝能和氢氧化钠反应放出氢气：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，而金属铁和氢氧化钠不反应，可以用氢氧化钠溶液证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝，所以选用的试剂为氢氧化钠溶液，操作方法及现象为：取少许熔融物，滴加氢氧化钠溶液，振荡，有气泡产生，证明熔融物中有金属铝，
故答案为：
．
解析
解：（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）验证产物中有Fe，最简单的方法为：用磁铁，若能吸引则可验证产物中有Fe，
故答案为：用磁铁，若能吸引则可验证产物中有Fe；
（3）金属铝能和氢氧化钠反应放出氢气：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，而金属铁和氢氧化钠不反应，可以用氢氧化钠溶液证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝，所以选用的试剂为氢氧化钠溶液，操作方法及现象为：取少许熔融物，滴加氢氧化钠溶液，振荡，有气泡产生，证明熔融物中有金属铝，
故答案为：
．
（1）设计一个最简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝．写出表示该实验原理的离子方程式：______．
（2）某同学取一定量上述的熔融物与过量的、且很稀的硝酸充分反应，发现反应过程中无气体放出．在反应结束后的溶液中，逐滴加入4mo1•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（mo1）的关系如图所示．在AB段，有刺激性气味的气体产生．
试回答下列问题：
①熔融物与稀硝酸充分反应后，还原产物NH4NO3的物质的量为______．
②熔融物中金属铝的物质的量为______；金属铁的物质的量为______．
正确答案
解：（1）利用熔融物与氢氧化钠溶液反应生成，有气体生成说明含有Al，反应离子方程式为：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，
故答案为：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；
（2）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO3反应，生成Al3+、Fe3+、H+ 过量且无气体产生，说明NO3-被还原为NH4+，即阳离子有H+、Al3+、Fe3+、NH4+．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H+，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al3+、Fe3+，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH4+反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）3，
①由NH4++OH-=NH3+H2O可知，n（NH4+）=3×10-3 L×4 mol/L=0.012 mol，故还原产物NH4NO3的物质的量为0.012mol，
故答案为：0.012mol；
②由Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O可知，n（Al3+）=n（Al）=n[Al（OH）3]=2×10-3 L×4 mol/L=0.008 mol，用于沉淀Al3+ 的NaOH为0.008mol×3=0.024 mol，
则n（Fe3+ ）=n（Fe）=（0.024L×4 mol/L-0.024mol）×
故答案为：0.008mol；0.024mol．
解析
解：（1）利用熔融物与氢氧化钠溶液反应生成，有气体生成说明含有Al，反应离子方程式为：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，
故答案为：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；
（2）熔融物为铝铁合金，与过量稀HNO3反应，生成Al3+、Fe3+、H+ 过量且无气体产生，说明NO3-被还原为NH4+，即阳离子有H+、Al3+、Fe3+、NH4+．分析图象可知，7 mL NaOH溶液用于中和H+，31mL-7mL=24 mL NaOH溶液用于沉淀Al3+、Fe3+，34 mL-31 mL=3 mL NaOH溶液用于与NH4+反应，36 mL-34 mL=2 mL NaOH溶液用于溶解Al（OH）3，
①由NH4++OH-=NH3+H2O可知，n（NH4+）=3×10-3 L×4 mol/L=0.012 mol，故还原产物NH4NO3的物质的量为0.012mol，
故答案为：0.012mol；
②由Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O可知，n（Al3+）=n（Al）=n[Al（OH）3]=2×10-3 L×4 mol/L=0.008 mol，用于沉淀Al3+ 的NaOH为0.008mol×3=0.024 mol，
则n（Fe3+ ）=n（Fe）=（0.024L×4 mol/L-0.024mol）×
故答案为：0.008mol；0.024mol．
某研究性学习小组对铝热反应（以铝和氧化铁反应为例）实验进行研究．请回答下列问题：
（1）铝热反应是氧化还原反应，在反应中金属铝被______（填“氧化”或“还原”）．
（2）甲同学认为，铝热反应所得到的熔融物中应含有铁、铝两种金属．如设计一个简单的实验方案证明该熔融物中含有金属铝，则实验所需用的试剂为______，可观察到的实验现象是______．
（3）乙同学认为铝热反应得到的熔融物中可能含有Fe2O3，他设计了如下实验方案来验证：取一块该溶融物投入到少量稀硫酸中，反应一段时间后，向反应后的混合液中滴加KSCN溶液，观察溶液颜色的变化，即可证明熔融物中是否含有Fe2O3．则：该同学的实验方案______（填“合理”或“不合理”）；若不合理，原因是______（若合理则不用填写）．
（4）取23.37g熔融物（主要含有铁和氧化铝，还含有少量氧化铁和铝）投入足量的浓氢氧化钠溶液中，充分反应后，收集到标准状况下的气体336mL．经过滤、洗涤、烘干后得到12.8g固体，向该固体中滴加4.0mol•L-1的硫酸至恰好溶解时消耗硫酸体积为55mL，在反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无血红色出现．求23.37
g熔融物中各成分的质量．
正确答案
解：（1）铝热反应中铝作氧化剂，铝失电子化合价升高被氧化，反应中体现出其还原性，
故答案为：氧化；
（2）铝能和强碱反应生成盐和氢气，铁和氢氧化钠溶液不反应，所以要验证含有铝所需用的试剂为氢氧化钠溶液，观察到的现象是溶液中有气泡出现，
故答案为：NaOH溶液；有无色气体放出；
（3）由于铁离子检验氧化性，能够与铁、铝发生反应生成亚铁离子，干扰了铁离子的检验，所以该方法不合理，
故答案为：不合理；Fe3+易被Fe、Al还原成Fe2+；
（4）取23.37g熔融物（主要含有铁和氧化铝，还含有少量氧化铁和铝）投入足量的浓氢氧化钠溶液中，充分反应后，收集到标准状况下的气体336mL，该气体为氢气，反应的方程式为：2Al+2H2O+2OH-═2AlO2-+3H2↑，标况下336mL氢气的物质的量为：n（H2）=
经过滤，洗涤，烘干后得到12.8g固体，固体减的质量为：23.37g-12.8g=10.57g，减少的质量为氧化铝和铝的质量之和，所以混合物中氧化铝的质量为：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固体为Fe和氧化铁的混合物，向该固体中滴加4.0mol•L的硫酸至恰好溶解时消耗硫酸体积为55mL，在反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无血红色出现，说明反应恰好生成硫酸亚铁，设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，则：①56x+160y=12.8g，再根据铁元素守恒及硫酸亚铁的组成可知，铁元素的物质的量大于硫酸根离子的物质的量，即：②x+2y=4.0mol•L×0.055L，
根据①②联立解得：
所以混合物中铁的质量为：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化铁的质量为：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的质量为：0.27g铝、10.3g氧化铝、11.2g铁、1.6g氧化铁．
解析
解：（1）铝热反应中铝作氧化剂，铝失电子化合价升高被氧化，反应中体现出其还原性，
故答案为：氧化；
（2）铝能和强碱反应生成盐和氢气，铁和氢氧化钠溶液不反应，所以要验证含有铝所需用的试剂为氢氧化钠溶液，观察到的现象是溶液中有气泡出现，
故答案为：NaOH溶液；有无色气体放出；
（3）由于铁离子检验氧化性，能够与铁、铝发生反应生成亚铁离子，干扰了铁离子的检验，所以该方法不合理，
故答案为：不合理；Fe3+易被Fe、Al还原成Fe2+；
（4）取23.37g熔融物（主要含有铁和氧化铝，还含有少量氧化铁和铝）投入足量的浓氢氧化钠溶液中，充分反应后，收集到标准状况下的气体336mL，该气体为氢气，反应的方程式为：2Al+2H2O+2OH-═2AlO2-+3H2↑，标况下336mL氢气的物质的量为：n（H2）=
经过滤，洗涤，烘干后得到12.8g固体，固体减的质量为：23.37g-12.8g=10.57g，减少的质量为氧化铝和铝的质量之和，所以混合物中氧化铝的质量为：10.57g-0.27g=10.3g；
12.8g固体为Fe和氧化铁的混合物，向该固体中滴加4.0mol•L的硫酸至恰好溶解时消耗硫酸体积为55mL，在反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无血红色出现，说明反应恰好生成硫酸亚铁，设铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，则：①56x+160y=12.8g，再根据铁元素守恒及硫酸亚铁的组成可知，铁元素的物质的量大于硫酸根离子的物质的量，即：②x+2y=4.0mol•L×0.055L，
根据①②联立解得：
所以混合物中铁的质量为：56g/mol×0.2mol=11.2g，氧化铁的质量为：160g/mol×0.01mol=1.6g，
答：23.37g熔融物中各成分的质量为：0.27g铝、10.3g氧化铝、11.2g铁、1.6g氧化铁．
如图有关实验原理、操作或现象不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．锰、铬金属都较铝弱，可用铝热法冶炼，故A正确；
B．收集氨气不能用橡皮塞塞住试管口，否则会导致压强过量而导致实验事故，故B错误；
C．氯气难溶于饱和食盐水，而HCl易溶于水，可用饱和实验水除杂，故C正确；
D．淀粉溶液属于胶体，具有丁达尔效应，用一束光照射淀粉溶液会产生一条明显的光路，故D正确．
故选B．
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