Question

某工業(yè)廢水中可能含有如下幾種陰陽離子：

陽離子	Fe3+、Al3+、Fe2+、Ba2+、Na+
陰離子	Cl－、CO32－、NO3－、SO42－、SiO32－

現(xiàn)對該廢水樣品進行以下研究：
Ⅰ．向試管中滴加濃鹽酸，有少量的無色氣體生成，氣體遇空氣立即變?yōu)榧t棕色；

Ⅱ．若向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成。

Ⅲ．若向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成。過濾后向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成。

根據(jù)上述實驗，回答下列問題：

（1）該廢水中一定含有的陰離子是　　　　　，一定不含有的陽離子是　　　　　 ；
（2）寫出Ⅲ的所得濾液中通入過量的CO₂氣體生成白色絮狀沉淀的離子方程式（只寫這一個）：　　　　　　　　 ；

（3）已知用鋁粉可以除去廢水中的一種陰離子（X）。若控制溶液的pH為10.7左右，再加入鋁粉，除去X離子的同時產(chǎn)生氨氣和氮氣，且體積比為1﹕4，完成下列反應(yīng)的離子方程式并配平：(X用具體的離子符號表示)

Al　　 +　 X +　 OH^－�。紸lO₂^－+　 NH₃ +　 N₂ +　　　　　　　　 

該反應(yīng)的還原產(chǎn)物是　　　　 。若除去0.2mol X離子，要消耗鋁　　　　　 g。

（4）若將廢水中的鐵元素完全轉(zhuǎn)化成Fe³⁺，此時測得c(Fe³⁺)＝1.0×10^－2mol·L^－1，要想將其轉(zhuǎn)換為Fe(OH)₃沉淀而除去，則應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH至少大于　　　　　　　　　　　 。（已知常溫下Fe(OH)₃的K_sp＝1.0×10^－38）

Answer 1

【知識點】離子反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)，溶度積的計算  B1  B3  H5

【答案解析】（1）NO₃^－　 SO₄^2－;   Ba²⁺
（2）AlO₂^－+CO₂+2H₂O＝Al(OH)₃↓+HCO₃^－
（3）16Al + 9NO₃^－+ 7OH^－ ＝16AlO₂^－ + NH₃↑+ 4N₂↑+ 2H₂O　；   NH₃ 、N₂　； 9.6g 

（4）2　

   解析: （1）少量的無色氣體NO生成，氣體遇空氣立即變?yōu)榧t棕色NO₂，說明含有NO₃^－；加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成說明含有SO₄^2－，故不含Ba²⁺；過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成說明含有Fe³⁺；向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成說明含有Al³⁺，故不含CO₃^2－和SiO₃^2－。（3）從此反應(yīng)中可以看出X反應(yīng)完了之后生成了NH₃和N₂，根據(jù)元素守恒得到X應(yīng)為NO₃^－；反應(yīng)前有氫元素，根據(jù)元素守恒得到反應(yīng)后也應(yīng)該有氫元素，故產(chǎn)物中還有H2O；根據(jù)化合價升降相等可以得到此反應(yīng)。分析本反應(yīng)中的化合價的變化可以看到氮元素化合價降低即還原產(chǎn)物為NH₃和 N₂ ；

根據(jù)反應(yīng)16Al + 9NO₃^－+ 7OH^－ ＝16AlO₂^－ + NH₃↑+ 4N₂↑+ 2H₂O

16mol   9molNO₃^－

       n (Al)        0.2mol

n (Al)=16×0.2/9 mol

故m (Al)= 9.6g 

（4）K_sp＝1.0×10^－38= c(Fe³⁺)×c³(OH^-)

c(Fe³⁺)＝1.0×10^－2mol·L^－1,故c (OH^-)=1.0×10^－12 mol·L^－1，又K_W=1.0×10^－14，故c (H⁺)=1.0×10^－2 mol·L^－1，pH=2，故將Fe³⁺轉(zhuǎn)換為Fe(OH)₃沉調(diào)節(jié)溶液pH至少大于2。

【思路點撥】本題考查了離子反應(yīng)和離子共存的應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，溶度積的計算，涉及到的知識內(nèi)容較多，綜合性較強。