Question

某工業(yè)廢水中可能含有如下幾種陰陽(yáng)離子：

陽(yáng)離子	Fe3+、Al3+、Fe2+、Ba2+、Na+
陰離子	Cl-、CO32-、NO3-、SO42-、SiO32-

現(xiàn)對(duì)該廢水樣品進(jìn)行以下研究：
Ⅰ．向試管中滴加濃鹽酸，有少量的無(wú)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(guò)量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成．過(guò)濾后向所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成．
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：
（1）該廢水中一定含有的陰離子是

 

，一定不含有的陽(yáng)離子是

 

；
（2）寫出Ⅲ的所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體生成白色絮狀沉淀的離子方程式（只寫這一個(gè)）：

 

；
（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(shí)產(chǎn)生氨氣和氮?dú)猓�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(hào)表示）

 

Al+

 

X+

 

OH^-=

 

AlO₂^-+

 

NH₃+

 

N₂+

 

，該反應(yīng)的還原產(chǎn)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(zhuǎn)化成Fe³⁺，此時(shí)測(cè)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

考點(diǎn)：常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)方法,氧化還原反應(yīng),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：氧化還原反應(yīng)專題,離子反應(yīng)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(wú)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(guò)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?yàn)閬嗚F離子被硝酸氧化生成鐵離子；過(guò)濾后向所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成，向所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成說(shuō)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(wú)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(guò)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?yàn)閬嗚F離子被硝酸氧化生成鐵離子；過(guò)濾后向所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成，向所得濾液中通入過(guò)量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成說(shuō)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(yáng)離子是：Ba²⁺，故答案為：NO₃^-、SO₄^2-；Ba²⁺；
（2）偏鋁酸根與碳酸生成氫氧化鋁沉淀，離子反應(yīng)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(yīng)中Al化合價(jià)由0價(jià)升高為+3價(jià)，N元素被還原為氨氣和氮?dú)�，且體積比為1：4，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(jià)升降相等可以得到此反應(yīng)．分析本反應(yīng)中的化合價(jià)的變化可以看到氮元素化合價(jià)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 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(zhuǎn)換為Fe（OH）₃沉調(diào)節(jié)溶液pH至少大于2，故答案為：2．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查的是常見(jiàn)陽(yáng)離子與陰離子的檢驗(yàn)，涉及知識(shí)點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)方程式的配平，溶度積常數(shù)的計(jì)算等，難度較大．