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.现有一定量的铝粉和铁粉的混合物与

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.现有一定量的铝粉和铁粉的混合物与100ml某浓度的硝酸充分反应,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 NaOH溶液,所加的NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)关系如下图所示.(c>0)下列判断正确的是
A反应过程中DE段的离子方程式为(H+)+(OH-) =H2O
B该铁铝合金与硝酸反应的还原产物是N2
C原硝酸的物质的量浓度为1.48mol/L
D图像中B的值为0.064
 

 

分析：铝与铁和硝酸反应,且整个过程中没有气体放出,说明所有的产物全在溶液中.根据反应的过程可推断后应后溶液中的溶质包括：Al(NO3)3 Fe(NO3)3 NH4NO3（因为没有气体产生,所以产物应该是硝酸铵） HNO3（从图象可以看出OC这一段没有沉淀产生,说明发生的是酸碱中和,所以硝酸有剩余,硝酸有剩余更反证铁与硝酸反应得到的是硝酸铁,而不是铁过量的产物硝酸亚铁）
则图象中各段反应：
OC段：酸碱中和,HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
CD段：产生沉淀,Al(NO3)3 + 3NaOH = Al(OH)3 ↓+ 3NaNO3
Fe(NO3)3 + 3NaOH = Fe(OH)3 ↓+ 3NaNO3
DE段：硝酸铵与氢氧化钠反应,NH4NO3 + NaOH = NaNO3 + NH3↑ + H2O
离子方程式：NH4+ + OH- = NH3↑ + H2O (A选项是错的）
EF段：氢氧化钠把氢氧化铝溶Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
现在我们分段计算：
EF段：Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
1 1
= 0.008mol 4mol/L * (36-34)mL
DE段：NH4NO3 + NaOH = NaNO3 + NH3↑ + H2O
1 1
=0.012mol 4mol/L * (34-31)mL
在计算CD段之前,我们先算铁元素的物质的量.
通过上面的计算,我们得出：溶液中NH4+的物质的量是0.012mol,从NO3-变成NH4+,一共转移的电子的物质的量是0.012mol * 8 = 0.096mol
铝的物质的量根据EF段的计算,是0.008mol,一共失去0.008mol * 3 = 0.024mol
所以铁失去的电子的总物质的量 = 0.096mol - 0.024mol = 0.072mol
得出：n(Fe) = 0.072mol / 3 = 0.024mol
B处的值,就是铝和铁的物质的量的和 = 0.024mol + 0.008mol = 0.032mol
铁和铝一共消耗的OH-的物质的量 = (0.024mol + 0.008mol) * 3 = 0.096mol
图象中C处的值 = 31mL - (0.096mol / 4mol/L) = 7mL
作如上分析,我们可以得出：
A选项,错的,正确反应是：NH4+ + H+ = NH3↑ + H2O
B选项,错的,没有产生气体（题目已知条件）
C正确
D选项,错,B处是0.032
上面的计算其实我们没有涉及到硝酸原浓度的计算,只是用排除法得到了C答案.下面我们来计算硝酸原溶液的浓度：
反应从头到尾,硝酸中的NO3-最终转化成两种形式：（1）NH3（2）NaNO3
所以硝酸的总物质的量 = n(NH3) + n(NaNO3)
= 0.012mol + 34mL * 4mol/L
= 0.148mol
生成的氨气是0.012mol,在上面的计算中已经得出了结果.为什么硝酸钠用34mL的氢氧化钠来计算呢,因为图像中所有反应能产生硝酸钠的,就是从O点开始到E点.EF段是产生NaAlO2的,与硝酸根无关了.
c(HNO3) = 0.148mol / 100mL = 1.48mol/L