Question

將由FeSO₄、Ba（OH）₂、AlCl₃三種固體組成的混合物溶于足量的水中，用玻棒攪拌，充分溶解，一段時間后，向穩(wěn)定的混合物溶液中滴加1mol?L^-1的稀硫酸，加入稀硫酸的體積與生成沉淀的物質的量關系如圖所示．下列有關判斷不正確的是（ ）

A．AB段發(fā)生反應的離子方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-+2H⁺+2OH^-=BaSO₄↓+2H₂O
B．D點表示的溶液呈酸性
C．C點表示的沉淀的化學式為Al（OH）₃、BaSO₄、Fe（OH）₂
D．混合物中FeSO₄和AlCl₃的物質的量相等

Answer 1

【答案】分析：由圖可知最終沉淀0.05mol為BaSO₄，由鋇離子守恒可知，固體混合物中n[Ba（OH）₂]=0.05mol，根據(jù)圖象知，未加H₂SO₄前A點的沉淀為0.02mol，小于0.05mol，說明FeSO₄完全反應，Ba²⁺有剩余．
由A→B一定發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，加入20ml硫酸，硫酸的物質的量為0.02mol，由圖可知沉淀量增加0.04mol-0.02mol=0.02mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量，故不可能發(fā)生反應AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，該反應硫酸的物質的量與沉淀的物質的量之比為1：2，也不會發(fā)生其它沉淀的溶解反應，否則沉淀量增加不可能為0.02mol，說明加入的20ml硫酸只與氫氧化鋇反應．
故未加H₂SO₄前A點的溶液中Ba（OH）₂有剩余，剩余三種固體組成的混合物溶于足量的水中，用玻璃棒攪拌，充分溶解，一段時間發(fā)生反應：FeSO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．故A點沉淀為Fe（OH）₃、BaSO₄，由方程式可知n[Fe（OH）₃]=n（BaSO₄）=0.01mol，此時Al³⁺變?yōu)锳lO₂^-，
可知n（FeSO₄）=0.01mol；
由B→C，加入5ml硫酸，硫酸的物質的量為0.005mol，由圖可知沉淀量增加0.055mol-0.04mol=0.015mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量的3倍，故發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，由方程式可知，該階段生成BaSO₄為0.005mol，生成Al（OH）₃為0.01mol．故C的沉淀為Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃．
由C→D，加入15ml硫酸，硫酸的物質的量為0.015mol，由圖可知沉淀量增加0.06mol-0.055mol=0.005mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量的倍，沉淀量達最大值，不可能單獨發(fā)生Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量）或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓（沉淀的物質的量是硫酸的2倍）或二者都發(fā)生；故該階段發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（生產(chǎn)硫酸鋇多）、Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O（沉淀溶解少）．說明C點AlO₂^-完全反應，D點的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺．Ba²⁺沉淀完全．溶液為Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
D→E發(fā)生反應Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O，E點完全溶解，溶液為Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
由C→E共消耗30mLH₂SO₄，而0.01molFe（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，可知Al（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，判定n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.01mol，可知原混合固體中n（AlCl₃）=0.01mol．
解答：解：由圖可知最終沉淀0.05mol為BaSO₄，由鋇離子守恒可知，固體混合物中n[Ba（OH）₂]=0.05mol，根據(jù)圖象知，未加H₂SO₄前A點的沉淀為0.02mol，小于0.05mol，說明FeSO₄完全反應，Ba²⁺有剩余．
由A→B一定發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，加入20ml硫酸，硫酸的物質的量為0.02mol，由圖可知沉淀量增加0.04mol-0.02mol=0.02mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量，故不可能發(fā)生反應AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，該反應硫酸的物質的量與沉淀的物質的量之比為1：2，也不會發(fā)生其它沉淀的溶解反應，否則沉淀量增加不可能為0.02mol，說明加入的20ml硫酸只與氫氧化鋇反應．
故未加H₂SO₄前A點的溶液中Ba（OH）₂有剩余，剩余三種固體組成的混合物溶于足量的水中，用玻璃棒攪拌，充分溶解，一段時間發(fā)生反應：FeSO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．故A點沉淀為Fe（OH）₃、BaSO₄，由方程式可知n[Fe（OH）₃]=n（BaSO₄）=0.01mol，此時Al³⁺變?yōu)锳lO₂^-，可知原混合物固體中n（FeSO₄）=0.01mol；
由B→C，加入5ml硫酸，硫酸的物質的量為0.005mol，由圖可知沉淀量增加0.055mol-0.04mol=0.015mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量的3倍，故發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，由方程式可知，該階段生成BaSO₄為0.005mol，生成Al（OH）₃為0.01mol．故C的沉淀為Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃．
由C→D，加入15ml硫酸，硫酸的物質的量為0.015mol，由圖可知沉淀量增加0.06mol-0.055mol=0.005mol，沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量的倍，沉淀量達最大值，不可能單獨發(fā)生Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（沉淀增加的物質的量等于加入的硫酸的物質的量）或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓（沉淀的物質的量是硫酸的2倍）或二者都發(fā)生；故該階段發(fā)生反應Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓、Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O．說明C點AlO₂^-完全反應，D點的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺．Ba²⁺沉淀完全．溶液為Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
D→E發(fā)生反應Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O，E點完全溶解，溶液為Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
由C→E共消耗30mLH₂SO₄，而0.01molFe（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，可知Al（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，判定n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.01mol，可知原混合固體中n（AlCl₃）=0.01mol．
A、由上述分析可知，硫酸只與氫氧化鋇反應，反應離子方程式為Ba²⁺+SO₄^2-+2H⁺+2OH^-=BaSO₄↓+2H₂O，故A正確；
B、由上述分析可知，D點的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺，溶液為Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，Al³⁺、Fe³⁺水解，溶液呈酸性，故B正確；
C、由上述分析可知，C的沉淀為Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃，故C錯誤；
D、由上述分析可知，原混合固體中n（FeSO₄）=0.01mol，n（AlCl₃）=0.01mol，故D正確．
故選：C．
點評：考查離子反應的計算等，難度較大，本題采取過程法分析，關鍵是根據(jù)硫酸的體積與沉淀增加量判斷各段發(fā)生的反應．若為單項選擇可以根據(jù)氫氧化亞鐵的不穩(wěn)定性選擇．