Question

13．霧霾嚴重影響人們的生活與健康，某地區的霧霾中可能含有如下離子中的一種或幾種：Na⁺、NH${\;}_{4}^{+}$、Mg²⁺、Al³⁺、SO${\;}_{4}^{2-}$、NO${\;}_{3}^{-}$、Cl^-，某同學收集了該地區的霧霾，經必要的預處理后得到試樣溶液，設計并完成了如下實驗：
已知：NO${\;}_{3}^{-}$+Al+OH^-$\stackrel{△}{→}$NH₃↑+AlO${\;}_{2}^{-}$
（1）配平并用單線橋表示上面的離子方程式：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-．
（2）試樣中肯定存在的離子有NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-．
（3）現取10.0mL的試樣溶液，向其中加入0.100mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物質的量（n）與加入NaOH溶

液的體積（V）的關系如圖所示．則：
①溶液中還含有的金屬陽離子是Al ³⁺；
②實驗中得到沉淀2所發生反應的離子方程式為BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+2H₂O↑，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；
③圖中bc段發生反應的離子方程式為Al（OH）₃+OH ^-=AlO_2^-+2H₂O；
④試樣溶液中存在的陽離子的物質的量濃度之比為3：2：1．

Answer 1

分析 （1）根據氧化還原反應中電子守恒來配平方程式；
（2）試樣溶液中加入過量Ba（OH）₂并加熱，生成的氣體1，該氣體1可能是NH₃，則試樣中含有NH₄⁺；向濾液中通入CO₂，得到溶液2、沉淀2，溶液2中加入Al，NO₃^-+A1+OH^-+H₂O→NH₃↑+[Al（OH）₄]^-，生成氣體2，該氣體是NH₃，根據已知條件知，溶液2中含有NO₃^-，根據元素守恒知，原溶液中含有NO₃^-；濾液1中通入CO₂，得到沉淀2，向沉淀2中加入酸，沉淀溶解并放出氣體，說明沉淀2是碳酸鋇等難溶性碳酸鹽；沉淀1加入酸后，沉淀部分溶解，硫酸鋇不溶于酸，說明原來溶液中含有SO₄^2-，能和過量Ba（OH）₂反應生成能溶于酸的沉淀，根據提供的離子可知該沉淀為Mg（OH）₂，所以溶液中含有Mg²⁺，結合題給選項分析解答；
（3）開始階段是的階段是產生氫氧化鎂和氫氧化鋁的階段，然后是銨根離子和氫氧化鈉之間的反應，隨后是氫氧化鋁的溶解階段，最后得到的沉淀是氫氧化鎂，據此回答．

解答 解：（1）反應NO₃^-+Al+OH^-→NH₃↑+AlO₂^-中N元素的化合價降低，共得到電子8mol，Al元素的化合價升高，共失電子3mol，根據電子守恒，得失電子是24mol，結合電荷守恒，所以反應為：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-，故答案為：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-；
（2）試樣溶液中加入過量Ba（OH）₂并加熱，生成的氣體1，該氣體1可能是NH₃，則試樣中含有NH₄⁺；向濾液中通入CO₂，得到溶液2、沉淀2，溶液2中加入Al，NO₃^-+A1+OH^-+H₂O→NH₃↑+[Al（OH）₄]^-，生成氣體2，該氣體是NH₃，根據已知條件知，溶液2中含有NO₃^-，根據元素守恒知，原溶液中含有NO₃^-；濾液1中通入CO₂，得到沉淀2，向沉淀2中加入酸，沉淀溶解并放出氣體，說明沉淀2是碳酸鋇等難溶性碳酸鹽；沉淀1加入酸后，沉淀部分溶解，硫酸鋇不溶于酸，說明原來溶液中含有SO₄^2-，能和過量Ba（OH）₂反應生成能溶于酸的沉淀，根據離子知，該沉淀為Mg（OH）₂，所以溶液中含有Mg²⁺，
A．根據以上分析可知溶液中含有NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-，故答案為：NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-；
（3）根據圖象，開始階段是的階段是產生氫氧化鎂和氫氧化鋁的階段，然后是銨根離子和氫氧化鈉之間的反應，隨后是氫氧化鋁的溶解階段，最后得到的沉淀是氫氧化鎂，溶液中存在的陽離子是Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，[Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，根據消耗氫氧化鈉的量，得到Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺的濃度之比是：3：2：1，故答案為：3：2：1．

點評 本題考查了常見離子的性質及檢驗方法，題目難度中等，明確物質的性質及特殊反應現象是解本題關鍵，根據物質的溶解性、物質的性質及題給信息來分析解答．