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^﹣、CO₃^2﹣、NO₃^﹣、SO₄^2﹣、SiO₃^2﹣

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　；

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離子的同時產生氨氣和氮氣，且體積比為1﹕4，完成下列反應的離子方程式并配平：（X用具體的離子符號表示）

　　Al+　　X+　7　OH^﹣=　　AlO₂^﹣+　　NH₃+　　N₂+　2H₂O　，該反應的還原產物是　．若除去0.2molX離子，要消耗鋁　　g．

（4）若將廢水中的鐵元素完全轉化成Fe³⁺，此時測得c（Fe³⁺）=1.0×10^﹣2mol•L^﹣1，要想將其轉換為Fe（OH）₃沉淀而除去，則應調節(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

考點： 常見離子的檢驗方法；氧化還原反應；難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質．

專題： 氧化還原反應專題；離子反應專題；電離平衡與溶液的pH專題．

分析： Ⅰ．取原溶液加入足量鹽酸有無色氣體生成，該氣體遇空氣變成紅棕色，即為二氧化氮，那么一定含有NO₃^﹣和Fe²⁺；

Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2﹣，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸鋇；

Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，不能確定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因為亞鐵離子被硝酸氧化生成鐵離子；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，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﹣，據(jù)此解答各小題即可．

解答： 解：Ⅰ．取原溶液加入足量鹽酸有無色氣體生成，該氣體遇空氣變成紅棕色，即為二氧化氮，那么一定含有NO₃^﹣和Fe²⁺；

Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2﹣，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸鋇；

Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，不能確定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因為亞鐵離子被硝酸氧化生成鐵離子；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，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﹣，

（1）依據(jù)分析可知：該廢水中一定含有的陰離子是：NO₃^﹣　 SO₄^2﹣；  一定不含有的陽離子是：Ba²⁺，故答案為：NO₃^﹣、SO₄^2﹣；Ba²⁺；

偏鋁酸根與碳酸生成氫氧化鋁沉淀，離子反應方程式為：AlO₂^﹣+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^﹣，故答案為：AlO₂^﹣+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^﹣；

（3）在此反應中Al化合價由0價升高為+3價，N元素被還原為氨氣和氮氣，且體積比為1：4，根據(jù)元素守恒得到X應為NO₃^﹣；反應前有氫元素，根據(jù)元素守恒得到反應后也應該有氫元素，故產物中還有H2O；根據(jù)化合價升降相等可以得到此反應．分析本反應中的化合價的變化可以看到氮元素化合價降低即還原產物為NH₃　和 N₂；根據(jù)反應16Al+9NO₃^﹣+7OH^﹣=16AlO₂^﹣+NH₃↑+4N₂↑+2H₂O

              16mol 9mol

             n（Al） 0.2mol，n（Al）=16×0.2/9mol，故m（Al）=9.6g，

故答案為：16、9、7、16、1、4、2 H₂O；NH₃、N₂； 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⁺轉換為Fe（OH）₃沉調節(jié)溶液pH至少大于2，故答案為：2．

點評： 本題主要考查的是常見陽離子與陰離子的檢驗，涉及知識點：氧化還原反應方程式的配平，溶度積常數(shù)的計算等，難度較大．