Question

某結晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子．稱取兩份質量均為45.3g的該結晶水合物，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⁺）=

 

；該結晶水合物的化學式

 

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

 

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

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算

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)物質反應的先后順序確定離子反應并畫出生成沉淀的物質的量與加入Ba（OH）₂溶液體積的關系示意圖．

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)反應的先后順序，開始階段是氫氧化鋇和鋁離子反應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生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧化鋇反應生成偏鋁酸鋇的階段，當NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和氫氧化鋇的物質的量之比為1：2時，兩者恰好反應生成硫酸鋇、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的該結晶水合物中：含有SO₄^2-、NH₄⁺、Al³⁺，其物質的量分別為：0.2mol、0.1mol、0.1mol，根據(jù)反應的先后順序，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生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子的階段，結合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，側重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的訓練與指導，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，明確離子反應先后順序、正確判斷反應物離子的過量情況是書寫離子方程式的關鍵．