Question

15．圖象分析是化學研究的一種重要的手段．某同學分析某無色透明溶液，已知其中可能含有Fe³⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，加入淡黃色粉末（過氧化鈉）并加熱，產生沉淀或氣體的物質的量與淡黃色粉末的物質的量關系如圖所示（假設產生的氣體全部逸出）．請回答：
（1）根據圖象所示，推測溶液中肯定有Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺離子．（寫化學式）
（2）請寫出曲線中過氧化鈉物質的量在0.3～0.35mol時，粗的曲線出現下滑的現象，請用兩個離子反應方程式解釋該過程2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑，Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
（3）溶液中離子的物質的量之比為1：1：1．

Answer 1

分析 無色溶液中不存在有色的Fe³⁺、Cu²⁺離子；根據圖象可知，加入過氧化鈉后生成沉淀逐漸增大，當加入0.3mol過氧化鈉后沉淀開始溶解，之至最后沉淀的質量不變，說明原溶液中一定含有Mg²⁺、Al³⁺；在0.3-0.35mol這一段內，共溶解氫氧化鋁沉淀0.1mol，則根據Al³⁺～Al（OH）₃～[Al（OH）₄]^-，所以鋁離子的物質的量是0.1mol，在0～0.3mol過氧化鈉這一段，生成沉淀量最大，是氫氧化鎂和氫氧化鋁的混合物，所以含有氫氧化鎂也是0.1mol，根據Mg²⁺～Mg（OH）₂，所以鎂離子的物質的量是0.1mol，根據氣體的量，當加入0.3mol過氧化鈉時，根據反應2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑可知理論上會產生0.15mol的氧氣，而此時生成氣體共0.25mol，所以會生成0.1mol的氨氣，據此判斷即可．

解答 解：（1）無色溶液中不存在有色的Fe³⁺、Cu²⁺離子；根據圖象可知，加入過氧化鈉后生成沉淀逐漸增大，當加入0.3mol過氧化鈉后沉淀開始溶解，之至最后沉淀的質量不變，說明原溶液中一定含有Mg²⁺、Al³⁺；根據氣體的量，當加入0.3mol過氧化鈉時，理論上會產生0.15mol的氧氣，此時生成氣體共0.25mol，所以會生成0.1mol的氨氣，說明一定含有NH₄⁺，
根據分析可知，原溶液中一定含有的離子為：Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，
故答案為：Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺；
（2）過氧化鈉物質的量在0.3～0.35mol時，氫氧化鎂和氫氧化鈉不反應，但是氫氧化鋁可以和氫氧化鈉發生反應，發生反應的離子方程式有：2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑；Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑；Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O；
（3）加入過氧化鈉與水反應，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，在0.3-0.35mol這一段內，共溶解氫氧化鋁沉淀0.1mol，則根據Al³⁺～Al（OH）₃～[Al（OH）₄]^-，所以鋁離子的物質的量是0.1mol，在0～0.3mol過氧化鈉這一段，生成沉淀量最大，是氫氧化鎂和氫氧化鋁的混合物，所以含有氫氧化鎂也是0.1mol，根據Mg²⁺～Mg（OH）₂，所以鎂離子的物質的量是0.1mol，根據氣體的量，當加入0.3mol過氧化鈉時，理論上會產生0.15mol的氧氣，此時生成氣體共0.25mol，所以會生成0.1mol的氨氣，根據NH₄⁺～NH₃↑，銨根離子的物質的量為：0.1mol，
根據分析可知溶液中存在：0.1molMg²⁺、0.1molNH₄⁺、0.1molAl³⁺，三種離子的物質的量之比=0.1mol：0.1mol：0.1mol=1：1：1，
故答案為：1：1：1．

點評 本題考查了離子方程式的計算，題目難度中等，明確圖象曲線對應反應原理為解答關鍵，注意熟練掌握常見元素及其化合物性質，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學計算能力．