Question

20．有一無色透明溶液，可能含Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、K⁺、OH^-、CO₃^2-、Cl^-離子中的若干種．現做如下實驗：
（1）取少量該溶液，滴入用硝酸酸化的AgNO₃溶液，有白色沉淀生成．
（2）另取部分溶液，加入氫氧化鈉，有白色沉淀產生，加入氫氧化鈉的量與生成白色沉淀的量可用圖表示．
試推斷：
（1）該溶液中以上離子一定存在的有Al³⁺、Mg²⁺、Cl^-，一定不存在的有Fe³⁺、Cu²⁺、OH^-、CO₃^2-．
（2）上述溶液中至少有AlCl₃、MgCl₂（填化學式）等物質混合而成，其物質的量的比為1：1．
（3）寫出圖中a→b變化過程的離子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）為進一步確定溶液中其他的陽離子，應該補充的實驗是用潔凈鉑絲蘸取少量溶液，在酒精燈火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，火焰呈紫色，則溶液中含K⁺，若沒有觀察到火焰呈紫色，則溶液中不含K⁺．

Answer 1

分析 該溶液為無色透明溶液，則溶液中不含Fe³⁺、Cu²⁺，向溶液中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液產生白色沉淀，則溶液中存在Cl^-；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，根據圖象知，先隨著加入氫氧化鈉量的增多，沉淀的量增大，當達到一定程度后，再加入氫氧化鈉，沉淀的量減少，但最終還有白色沉淀，說明溶液還含有Al³⁺、Mg²⁺，則溶液中不含CO₃^2-、OH^-；
（1）根據以上分析判斷；
（2）根據OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O、3OH^-+Al³⁺=Al（OH）₃ ↓計算n（Al³⁺）及和鋁離子反應的氫氧根離子的物質的量，沉淀量最大時，根據2OH^-+Mg²⁺=Mg（OH）₂ ↓計算鎂離子的物質的量；
（3）沉淀溶解過程中發生的反應為：氫氧化鋁和氫氧根離子生成偏鋁酸根離子和水的反應；
（4）溶液中的鉀離子無法確定，根據焰色反應可以判斷是否存在．

解答 解：該溶液為無色透明溶液，則溶液中不含Fe³⁺、Cu²⁺，向溶液中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液產生白色沉淀，則溶液中存在Cl^-；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，根據圖象知，先隨著加入氫氧化鈉量的增多，沉淀的量增大，當達到一定程度后，再加入氫氧化鈉，沉淀的量減少，但最終還有白色沉淀，說明溶液還含有Al³⁺、Mg²⁺，則溶液中不含CO₃^2-、OH^-；
（1）根據以上分析可知，溶液中一定存在Cl^-、Al³⁺、Mg²⁺，不存在的離子為Fe³⁺、Cu²⁺、OH^-、CO₃^2-；
故答案為：Cl^-、Al³⁺、Mg²⁺；Fe³⁺、Cu²⁺、OH^-、CO₃^2-；
（2）根據（1）分析知，溶液中含有Cl^-、Al³⁺、Mg²⁺，所以溶液中最少含有兩種物質：MgCl₂、AlCl₃，根據OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O知，n（Al（OH）₃ ）=（3.6-3）mol=0.6mol，根據原子守恒知，n（AlCl₃）=n（Al（OH）₃ ）=0.6mol，根據3OH^-+Al³⁺=Al（OH）₃ ↓知，生成氫氧化鋁需要n（NaOH）=1.8mol，則生成氫氧化鎂需要的n（MaOH）=（3-1.8）mol=1.2mol，根據2OH^-+Mg²⁺=Mg（OH）₂ ↓知，n（Mg²⁺）=0.6mol，根據原子守恒知，n（MgCl₂）=0.6mol，所以n（AlCl₃）：n（Mg²⁺）=0.6mol：0.6mol=1：1，
故答案為：MgCl₂；AlCl₃；1：1；
（3）沉淀溶解過程中發生的反應為：氫氧化鋁和氫氧根離子生成偏鋁酸根離子和水的反應，離子反應方程式為：OH^-+Al（OH）₃=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）溶液中的鉀離子無法確定，鉀元素的焰色反應為紫色，所以可以通過焰色反應判斷是否存在，其操作為：用潔凈鉑絲蘸取少量溶液，在酒精燈火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，火焰呈紫色，則溶液中含K⁺，若沒有觀察到火焰呈紫色，則溶液中不含K⁺；
故答案為：用潔凈鉑絲蘸取少量溶液，在酒精燈火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，火焰呈紫色，則溶液中含K⁺，若沒有觀察到火焰呈紫色，則溶液中不含K⁺．

點評 本題考查了鎂鋁化合物的有關計算，根據溶液的顏色、離子共存等來確定溶液中存在的離子，再結合圖象分析溶液中存在物質的含量，注意氫氧化鋁的兩性，難度中等．