Question

3．某研究性學習小組擬探究在含Mg²⁺、Al³⁺的混合溶液中滴加NaOH溶液時，生成氫氧化物沉淀的過程．
【實驗】在0.1mol•L^-1MgSO₄、0.05mol•L^-1Al₂（SO₄）₃的混合溶液中滴加0.5mol•L^-1NaOH溶液，借助氫離子傳感器和相應分析軟件，測得溶液的pH隨NaOH溶液的加入變化情況如圖所示．

（1）為精確控制加入NaOH溶液的體積，可將NaOH溶液置于堿式滴定管 （填儀器名稱）中滴加．
（2）圖中有三個pH增加緩慢的階段，第一階段（a點前）對應的實驗現象是生成白色沉淀并逐漸增多．
（3）對第二階段（b、c之間）溶液pH變化緩慢的本質，小組同學做出如下推測，請補充推測2和3：
推測1：生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-．
推測2：生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-．
推測3：Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-．
若推測1符合實際情況，則a點之前反應的離子方程式為Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，請據此描述Mg（OH）₂、Al（OH）₃兩種物質在水溶液中溶解性的差異Al（OH）₃比Mg（OH）₂更難溶于水．
（4）請分析e點后溶液中較大量存在的含金屬元素的離子并設計實驗檢驗（可不填滿）：

較大量存在的含金屬元素的離子	檢驗方法

Answer 1

分析 由圖象可知，pH變化緩慢的主要原因應為：生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-；生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-； Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-三種可能，至于哪一階段為那種可能，應與 Al（OH）₃、Mg（OH）₂二者的溶解度有關．
（1）滴定管的溶液體積精確到0.01ml，堿式滴定管是用來精確控制加入NaOH溶液的體積；
（2）生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-；生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-；
（3）根據分析可知，PH變化緩慢的主要原因應為：生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-；生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-； Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-三種可能，若推測1符合實際情況，b、c之間生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-，則a點之前應該是產生氫氧化鋁的反應；
（4）根據以上分析得出，e點前的反應為Al（OH）₃+OH^-═Al（OH）₄^-，所以e點后溶液中較大量存在的含金屬元素的離子為鈉離子和Al（OH）₄^-離子，焰色反應檢驗鈉離子存在，Al（OH）₄^-離子和少量鹽酸反應生成氫氧化鋁沉淀，鹽酸過量會使氫氧化鋁溶解．

解答 解：（1）精確控制加入NaOH溶液的體積，應用精確度0.01ml的滴定管，又NaOH呈堿性，故選用堿式滴定管，故答案為：堿式滴定管；
（2）由圖象可知，PH變化緩慢的主要原因應為：生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-；生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-； Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-三種可能，第一階段（a點前）應該是生成沉淀消耗了滴下去的氫氧化鈉，故現象為：生成白色沉淀并逐漸增多，
故答案為：生成白色沉淀并逐漸增多；
（3）根據分析可知，PH變化緩慢的主要原因應為：生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-；生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-； Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-三種可能，若推測1符合實際情況，b、c之間生成Mg（OH）₂沉淀，消耗OH^-，則a點之前應該是產生氫氧化鋁的反應，所以反應的離子方程式為Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，據此說明在堿性溶液中鋁離子比鎂離子更易沉淀，所以Al（OH）₃比Mg（OH）₂更難溶于水，
故答案：生成Al（OH）₃沉淀消耗OH^-；Al（OH）₃沉淀溶解，消耗OH^-；Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓；Al（OH）₃比Mg（OH）₂更難溶于水；
（4）根據以上分析得出，e點前的反應為Al（OH）₃+OH^-═Al（OH）₄^-，所以e點后溶液中較大量存在的含金屬元素的離子為鈉離子和Al（OH）₄^-離子，檢驗鈉離子可以利用其焰色反應，若焰色反應呈黃色證明含鈉元素，用潔凈的鉑絲蘸取少量待測液在酒精燈火焰上灼燒，若火焰呈黃色，表明存在Na⁺，Al（OH）₄^-離子和鹽酸反應生成氫氧化鋁沉淀，過量鹽酸會使沉淀溶解，取少量待測液于試管中，滴加鹽酸，產生白色沉淀，鹽酸過量時，沉淀又溶解，
故答案為：

較大量存在的含金屬元素的離子	檢驗方法
Na+	用潔凈的鉑絲蘸取少量待測液在酒精燈火焰上灼燒，若火焰呈黃色，表明存在Na+
[Al（OH）4]-	取少量待測液于試管中，滴加鹽酸，產生白色沉淀，鹽酸過量時，沉淀又溶解

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點評 本題考查了學生根據圖象分析反應過程的能力，解題關鍵還在于熟悉有關鎂鋁的性質，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力．