Question

某結(jié)晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子．稱取兩份質(zhì)量均為45.3g的該結(jié)晶水合物，分別制成溶液．向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多；一段時間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，加熱后共計可收集到2.24L該氣體（標準狀況）；最后白色沉淀逐漸減少并最終消失．另一份逐滴加入Ba（OH）₂溶液，開始現(xiàn)象類似，但最終仍有白色沉淀；過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g．
請回答以下問題：
（1）該結(jié)晶水合物中含有的兩種陽離子是Al³⁺和

 

，陰離子是

 

．
（2）試通過計算確定：n（Al³⁺）=

 

；該結(jié)晶水合物的化學式

 

．
（3）假設(shè)過程中向該溶液中加入的Ba（OH）₂溶液的物質(zhì)的量濃度為2.0mol?L^-1．
①加入

 

mLBa（OH）₂溶液時，所得沉淀的總物質(zhì)的量最大．
②請在如圖中畫出生成沉淀的物質(zhì)的量與加入Ba（OH）₂溶液體積的關(guān)系示意圖．

Answer 1

考點：化學方程式的有關(guān)計算

專題：計算題

分析：（1）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體是氨氣，證明銨根離子的存在，白色溶于氫氧化鈉的沉淀是氫氧化鋁，和Ba（OH）₂溶液反應(yīng)生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸鋇；
（2）根據(jù)電荷守恒和原子守恒來計算回答；
（3）開始滴加同時發(fā)生反應(yīng)為SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，后發(fā)生Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，NH₄⁺+OH^-=NH₃?H₂O，根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)的先后順序確定離子反應(yīng)并畫出生成沉淀的物質(zhì)的量與加入Ba（OH）₂溶液體積的關(guān)系示意圖．

解答： 解：（1）一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g，說明含有硫酸根離子；加入NaOH溶液，一段時間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，該氣體是氨氣，證明一定含有銨根離子；向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多，最后白色沉淀逐漸減少并最終消失，證明一定含有鋁離子，
故答案為：NH₄⁺；SO₄^2-；
（2）由題中信息可知45.3g的該結(jié)晶水合物中：n（SO₄^2-）=

46.6g

233g/mol

=0.2mol，n（NH₄⁺）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1 mol，根據(jù)離子化合物中陰、陽離子電荷平衡的原理：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-）可得：n（Al³⁺）=

1

3

×（2×0.2mol-0.1 mol）=0.1 mol，n（H₂O）=

45.3g-0.1mol×27g/mol-0.1mol×18g/mol-0.2mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，該結(jié)晶水合物中：n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，所以，該結(jié)晶水合物的化學式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]，
故答案為：0.1mol；NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；
（3）①根據(jù)反應(yīng)的先后順序，開始階段是氫氧化鋇和鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀階段，然后是銨根離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧化鋇反應(yīng)生成偏鋁酸鋇的階段，當NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和氫氧化鋇的物質(zhì)的量之比為1：2時，兩者恰好反應(yīng)生成硫酸鋇、氫氧化鋁和一水合氨，此時生成沉淀量最大，離子反應(yīng)方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2-=2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+NH₃．H₂O，n（Al³⁺）=

1

3

×（2×0.2mol-0.1 mol）=0.1 mol，則n[Ba（OH）₂]=2×0.1 mol=0.2mol，v=

n

c

=

0.2mol

2mol/L

=0.1L=100mL，
故答案為：100；
②45.3g的該結(jié)晶水合物中：含有SO₄^2-、NH₄⁺、Al³⁺，其物質(zhì)的量分別為：0.2mol、0.1mol、0.1mol，根據(jù)反應(yīng)的先后順序，開始階段是SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，Al³⁺完全沉淀，SO₄^2-未完全沉淀，然后是SO₄^2-完全沉淀，再次是銨根離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸根離子的階段，結(jié)合SO₄^2-～Ba²⁺～BaSO₄↓，Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，
Al³⁺完全沉淀，需氫氧化鋇0.15mol，體積為75mL，沉淀為氫氧化鋁和部分硫酸鋇共0.25mol；SO₄^2-完全沉淀，需氫氧化鋇0.2mol，體積為100mL，沉淀為氫氧化鋁和全部硫酸鋇共0.3mol；
Al（OH）₃↓～OH^-～[Al（OH）₄]^-，氫氧化鋁溶解需0.05mol氫氧化鋇，體積為125mL，沉淀為全部硫酸鋇0.2mol；最后為NH₄⁺～OH^-，0.1molNH₄⁺、需0.05mol氫氧化鋇，體積為150mL，所以圖象為：，

故答案為：．

點評：本題考查離子的檢驗和推斷、離子方程式的書寫，題目難度中等，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的訓練與指導(dǎo)，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，注意從守恒的角度推斷結(jié)晶水合物的化學式，注意掌握離子方程式的書寫原則，明確離子反應(yīng)先后順序、正確判斷反應(yīng)物離子的過量情況是書寫離子方程式的關(guān)鍵．