Question

16．某無色稀溶液X中，可能含有下表所列離子中的某幾種．

陰離子	CO32-、SiO32-、AlO2-、Cl-
陽離子	Al3+、Fe3+、Mg2+、NH4+、Na+

現(xiàn)取該溶液適量，向其中加入某試劑Y，產(chǎn)生沉淀物質(zhì)的量（n）與加入試劑的體積（V）關(guān)系如圖所示．

（1）若Y是鹽酸，所得到的關(guān)系圖如甲所示，則oa段轉(zhuǎn)化為沉淀的離子（指來源于X溶液的，下同）是SiO₃^2-、AlO₂^-，ab段發(fā)生反應(yīng)的離子CO₃^2-，bc段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．
（2）若Y是NaOH溶液，所得到的關(guān)系圖如乙所示，則X中一定含有的離子是Al³⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、Cl^-，假設(shè)X溶液只含這幾種離子，則溶液各離子物質(zhì)的量之比為2：1：4：12，ab段反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O．

Answer 1

分析 （1）無色溶液中不會含有Fe³⁺，加入鹽酸后能形成的沉淀有Al（OH）₃、H₂SiO₃，前者能溶于過量鹽酸中而后者不能，由圖象知溶液中肯定含有AlO₂^-、SiO₃^2-．
oa段發(fā)生反應(yīng)的離子為AlO₂^-、SiO₃^2-，ab段為CO₃^2-，bc段則是Al（OH）₃溶解．
（2）當(dāng)向溶液中加入NaOH時，生成的沉淀為Mg（OH）₂、Al（OH）₃，ab段是NH₄⁺與OH^-之間發(fā)生反應(yīng)，因Mg²⁺、Al³⁺不能與CO₃^2-、SiO₃^2-、AlO₂^-共存，故此時溶液中陰離子只有Cl^-．結(jié)合圖象，溶解Al（OH）₃、與NH₄⁺作用、生成Al（OH）₃消耗的NaOH體積比為1：2：3；由此可求出與Mg²⁺反應(yīng)時消耗的NaOH體積與溶解Al（OH）₃消耗NaOH 溶液一樣多，故溶液中n（Al³⁺）：n（Mg²⁺）：n（NH₄⁺）=2：1：4，再利用電荷守恒原理求出n（Cl^-），最后就得到各種離子物質(zhì)的量比．

解答 解：（1）某無色稀溶液X中，無色溶液中不會含有Fe³⁺，加入鹽酸后能形成的沉淀有Al（OH）₃、H₂SiO₃，前者能溶于過量鹽酸中而后者不能，所以由圖象知溶液中含有SiO₃^2-、AlO₂^-；則oa段發(fā)生反應(yīng)的離子為AlO₂^-、SiO₃^2-；ab段發(fā)生的反應(yīng)沉淀的量不變，所以ab段為鹽酸與CO₃^2-反應(yīng)，bc段沉淀減少，則是Al（OH）₃溶解于鹽酸，其反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．
故答案為：AlO₂^-、SiO₃^2-；CO₃^2-；Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；
（2）若Y是氫氧化鈉，向溶液中加氫氧化鈉溶液，先生成沉淀，溶液中可能含Al³⁺、Mg²⁺或兩者中的一種，由于弱堿陽離子和弱酸根會雙水解而不能共存，即溶液中不含CO₃^2-、SiO₃^2-、AlO₂^-，由于溶液一定要保持電中性，故溶液中一定含Cl^-；當(dāng)a-b段時，沉淀的量不變化，是氫氧化鈉和銨根離子反應(yīng)生成氣體：NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O，即溶液中含NH₄⁺；當(dāng)b-c段時沉淀的質(zhì)量減少但沒有完全溶解，即部分沉淀和氫氧化鈉反應(yīng)，部分沉淀不反應(yīng)，說明溶液中有Al³⁺、Mg²⁺，即bc段的反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O．
即則X中一定含有的離子是Al³⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、Cl^-；由于溶液中有Al³⁺、Mg²⁺，故oa段轉(zhuǎn)化為沉淀的離子是Al³⁺、Mg²⁺，ab段是氫氧化鈉和銨根離子反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O；溶液中有Al³⁺、Mg²⁺，即沉淀中含Al（OH）₃和Mg（OH）₂，故bc段的反應(yīng)為：Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+2H₂O，
NH₄⁺反應(yīng)需要NaOH的體積是2V，由于Al（OH）₃溶解時需要的NaOH的體積是V，則生成Al（OH）₃需要的NaOH的體積是3V，而生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃共消耗NaOH的體積為4V，則生成Mg（OH）₂需要NaOH溶液的體積是V，則n（Al³⁺）：n（Mg²⁺）：n（NH₄⁺）=2：1：4，根據(jù)溶液要呈電中性，即有：3n（Al³⁺）+2n（Mg²⁺）+n（NH₄⁺）=n（Cl^- ），故n（Cl^- ）=12，即有：n（Al^3+）：n（Mg²⁺）：n（NH₄⁺）：n（Cl^-）=2：1：4：12．
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、Cl^-；2：1：4：12；NH₄⁺+OH^-═NH₃•H₂O．

點評 本題考查離子檢驗及離子反應(yīng)，根據(jù)溶液的顏色結(jié)合題給圖象確定溶液中存在的離子，再結(jié)合物質(zhì)之間的反應(yīng)來確定微粒的量，同時考查學(xué)生思維的縝密性、考慮問題的全面性，題目較難．