Question

2012年3月21 日是第二十屆“世界水日”，保護(hù)水資源，從我做起！
（1）KMnO₄、雙氧水、活性炭常用于飲用水的處理，但三者在聯(lián)合使用時(shí)必須有先后順序．
①氧化反應(yīng)：H₂O₂-2eˉ→2H⁺+O₂↑
還原反應(yīng)：MnO₄ˉ+5eˉ+8H⁺→Mn²⁺+4H₂O
寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
②在處理飲用水時(shí)，活性炭應(yīng)在高錳酸鉀反應(yīng)結(jié)束后投放，否則會(huì)發(fā)生KMnO₄+C+H₂O→MnO₂+X+K₂CO₃（未配平），其中X的化學(xué)式為

 

．
（2）某無色廢水中可能含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Na⁺、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-離子中的幾種，為分析其成分，分別取廢水樣品100mL，進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，其操作和有關(guān)想象如圖1所示：
請(qǐng)根據(jù)圖1、2回答下列問題：
①溶液中一定存在的陽離子是

 

．它們物質(zhì)的量分別是

 

．
②實(shí)驗(yàn)③中沉淀量由A→B過程中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
③試確定NO₃^-是否存在？

 

（填“存在”、“不存在”、“不確定”），若存在，則c（NO₃^-）=

 

 （若不存在，此問不必作答）．

Answer 1

考點(diǎn)：無機(jī)物的推斷,離子方程式的書寫,氧化還原反應(yīng)

專題：氧化還原反應(yīng)專題,離子反應(yīng)專題

分析：（1）①酸性條件下KMnO₄與H₂O₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成O₂和Mn²⁺；
②C被氧化為+4價(jià)化合物，結(jié)合質(zhì)量守恒、得失電子守恒配平方程式可確定X；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)①確定無Na⁺，根據(jù)實(shí)驗(yàn)②確定有SO₄^2-，根據(jù)實(shí)驗(yàn)③和圖2確定有Al³⁺和Mg²⁺，生成白色沉淀，則不含F(xiàn)e³⁺，因?yàn)镃O₃^2-與Al³⁺不能共存，所以無CO₃^2-；故溶液中存在的離子為：Al³⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，根據(jù)硫酸鋇沉淀求出n（SO₄^2-），根據(jù)圖象求出n（Al³⁺）和n（Fe²⁺），再根據(jù)電荷守恒確定有沒有NO₃^-．

解答： 解：（1）①由氧化反應(yīng)和含有反應(yīng)可知酸性條件下KMnO₄與H₂O₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成O₂和Mn²⁺，結(jié)合電子守恒可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+5O₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+5O₂↑+8H₂O；
②已知KMnO₄+C+H₂O→MnO₂+X+K₂CO₃，反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)降低到+4價(jià)，C元素化合價(jià)由0價(jià)升高到+4價(jià)，則有4KMnO₄+3C+H₂O→4MnO₂+X+K₂CO₃，由質(zhì)量守恒可知X應(yīng)含有C、K、H、O等元素，應(yīng)為KHCO₃，
故答案為：KHCO₃；
（2）①由圖2可知，A→B段發(fā)生反應(yīng)為Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，消耗n（NaOH）=0.005mol，則n（Al³⁺）=n（Al（OH）₃）=0.005mol，
O→A段發(fā)生：Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，則生成沉淀消耗NaOH的物質(zhì)的量為3n（Al³⁺）+2n（Mg²⁺）=0.035mol，
則n（Mg²⁺）=

0.035mol-3×0.005mol

2

=0.001mol，
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺； Al³⁺ 0.005 mo1、Mg²⁺0.001 mo1；
②實(shí)驗(yàn)③中A→B過程是Al（OH）₃與OH^-發(fā)生反應(yīng)，其方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③已知硫酸鋇沉淀為2.33g，則n（SO₄^2-）=

2.33g

233g/mol

=0.01mol，
n（Al³⁺）=0.005mol，n（Mg²⁺）=0.01mol 所以溶液中Mg²⁺和Al³⁺所帶正電荷與SO₄^2-所帶負(fù)電荷不相等，因此存在NO₃^-，
設(shè)NO₃^-物質(zhì)的量為nmol，
根據(jù)電荷守恒得：3n（Al³⁺）+2n（Mg²⁺）=2n（SO₄^2-）+n（NO₃^-），
所以n（NO₃^-）=0.015mol，
所以c（NO₃^-）═

0.015mol

0.1L

=0.15mol/L，
故答案為：存在； 0.15 mo1/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)以及離子的檢驗(yàn)和計(jì)算能問題，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握題給信息，結(jié)合離子方程式計(jì)算該題，難度中等．