Question

20．鋁熱反應(yīng)是鋁的一個(gè)重要性質(zhì)，該性質(zhì)用途十分廣泛，不僅被用于焊接鋼軌，而且還常被用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬如釩、鉻、錳等．

（1）某�；瘜W(xué)興趣小組同學(xué)，取磁性氧化鐵按教材中的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖甲）進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，現(xiàn)象很壯觀．取反應(yīng)后的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變血紅色．出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，除了可能混有沒反應(yīng)完的磁性氧化鐵外，還有一個(gè)原因是熔融的鐵被空氣中氧氣氧化．
（2）若證明上述所得“鐵塊”中含有金屬鋁，可選擇氫氧化鈉溶液（填試劑名稱）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）為克服圖甲的缺陷改用圖乙裝置進(jìn)行鋁熱反應(yīng)．取反應(yīng)后的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液沒有出現(xiàn)血紅色．為測(cè)定該實(shí)驗(yàn)所得“鐵塊”的成分，實(shí)驗(yàn)流程如圖所示．

幾種氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示．

	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+
開始沉淀時(shí)的pH	7.5	2.8	4.2	9.6
沉淀完全時(shí)的pH	9.0	4.0	5	11

①試劑A應(yīng)選擇C，試劑B應(yīng)選擇D．（填序號(hào)）
A．稀鹽酸  B．氧化鐵  C．H₂O₂溶液  D．氨水  E．MgCO₃固體
②已知常溫下Fe（OH）₃的Ksp=1.1×10^-36，則反應(yīng)Ⅲ后溶液中c（Fe³⁺）=1.1×10^-6mol•L^-1．
③灼燒完全的標(biāo)志是前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g．
④若最終紅色粉未M的質(zhì)量為12.0g，則該“鐵塊”的純度是84%．如果對(duì)所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計(jì)算“鐵塊”的純度，則計(jì)算結(jié)果會(huì)偏�。ㄌ睢捌�大”“偏小”或“無影響”）原因是Fe（OH）₃在烘干過程中會(huì)有部分發(fā)生分解反應(yīng)，質(zhì)量變�。�

Answer 1

分析 （1）考慮生成的熔融的鐵的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導(dǎo)致生成三價(jià)的鐵；
（2）根據(jù)鋁與鐵的性質(zhì)的差異性來選擇試劑，并寫出反應(yīng)；
（3）①根據(jù)題意可知，本實(shí)驗(yàn)要定量檢測(cè)所得“鐵塊”的成分，故要通過實(shí)驗(yàn)流程，將鐵元素完全沉淀；而根據(jù)表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁和鎂不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，然后沉淀．
②根據(jù)Fe（OH）₃的Ksp的表達(dá)式來進(jìn)行計(jì)算；
③灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g；
④根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了最終紅色粉未M中，根據(jù)鐵原子的守恒來計(jì)算；如果對(duì)所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計(jì)算“鐵塊”的純度，此時(shí)應(yīng)考慮Fe（OH）₃的分解，引起計(jì)算結(jié)果偏�。�

解答 解：（1）鋁熱反應(yīng)生成的熔融的鐵具有很強(qiáng)的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導(dǎo)致生成三價(jià)的鐵，
故答案為：熔融的鐵被空氣中氧氣氧化；
（2）要證明“鐵塊”中含有金屬鋁，應(yīng)利用鐵和鋁性質(zhì)的差異性，即鐵不能和堿反應(yīng)，而鋁可以，故應(yīng)選擇氫氧化鈉溶液，與鋁反應(yīng)的離子方程式為：
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：氫氧化鈉溶液；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）①根據(jù)表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁離子和鎂離子不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，故需要加入H₂O₂；然后調(diào)節(jié)4≤pH＜4.2即可將Fe³⁺沉淀而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀，調(diào)節(jié)pH選用的試劑不能用氧化鐵，因?yàn)闀?huì)引起紅色粉未M的質(zhì)量偏大；也不能用MgCO₃固體，因?yàn)镸gCO₃固體過量時(shí)會(huì)引起所得固體M則質(zhì)量偏大，故應(yīng)選用氨水，故答案為：C；D；
②根據(jù)Fe（OH）₃的Ksp=C（Fe³⁺）•C³（OH^-）=1.1×10^-36，而pH=4，故C（OH^-）=10^-10mol/L，帶入Ksp=C（Fe³⁺）•C³（OH^-）=1.1×10^-36，計(jì)算得C（Fe³⁺）=1.1×10^-6mol/L，
故答案為：1.1×10^-6；
③灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g，故答案為：前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g；
④最終紅色粉未M為Fe₂O₃，根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了12.0gFe₂O₃中，故鐵原子的質(zhì)量為：m（Fe）=$\frac{12.0g}{160g/mol}$×2×56gmol=8.4g
故該“鐵塊”的純度=$\frac{8.4g}{10.0g}$×100%=84%；如果對(duì)所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，烘干過程中會(huì)引起Fe（OH）₃的分解，故會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏�。�
故答案為：84%；偏��；Fe（OH）₃在烘干過程中會(huì)有部分發(fā)生分解反應(yīng)，質(zhì)量變小．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了鋁熱反應(yīng)以及亞鐵離子向三價(jià)鐵離子的轉(zhuǎn)化以及離子的沉淀，綜合性較強(qiáng)，難度較大．