Question

13．綜合處理“工業(yè)三廢”，有利于保護環(huán)境，節(jié)約資源．

（1）為處理某工廠的工業(yè)廢氣（主要含N₂、SO₂、NO、CO，不考慮其他成分），設(shè)計了如圖1流程：
已知：NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O；
2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O．
①廢渣的成分為Ca（OH）₂、CaSO₃（填化學(xué)式）．
②通入空氣不能過量，原因是空氣過量，部分氮元素轉(zhuǎn)化為NaNO₃，NaNO₂產(chǎn)量降低．
③吸收劑所吸收的氣體主要是CO．
④處理含NH₄⁺廢水時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NH₄⁺+NO₂^-=N₂↑+2H₂O．
（2）某無色工業(yè)廢水中可能含有NH₄⁺、Na⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-等離子中的幾種離子．為確定其成分，設(shè)計如下實驗：
a．取10mL該廢水于試管中，加入足量的Ba（NO₃）₂溶液和稀硝酸，充分反應(yīng)后過濾得到0.04mol白色沉淀，向濾液中加入AgNO₃溶液無沉淀產(chǎn)生．
b．另取10mL該廢水于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體，最后沉淀完全溶解．沉淀和氣體的物質(zhì)的量隨加入NaOH溶液體積的變化關(guān)系如圖2所示．（不考慮沉淀、氣體的溶解和損失）
根據(jù)上述實驗和圖表數(shù)據(jù)：
①該廢水中一定含有的離子有K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-（填離子符號）．
②實驗室配制100mL所需濃度的NaOH溶液時，用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、量筒外，還需要100mL容量瓶、膠頭滴管（填儀器名稱）．
③圖中a=60．

Answer 1

分析 （1）工業(yè)廢氣中SO₂可被石灰水吸收，生成廢渣為CaSO₃，氣體a是不能被過量石灰水吸收的N₂、NO、CO，氣體a中通入空氣，用氫氧化鈉溶液處理后到的NaNO₂，通入空氣但不能過量，否則得到硝酸鈉，NaNO₂與含有NH₄⁺的溶液反應(yīng)生成無污染氣體，應(yīng)生成氮氣，則氣體b含有CO、N₂，捕獲劑所捕獲的氣體主要是CO；
（2）某無色工業(yè)廢水中可能含有NH₄⁺、Na⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-等離子中的幾種離子，說明一定不含Cu²⁺，
a．取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.04mol白色沉淀，生成沉淀為BaSO₄，說明溶液中含有SO₄^2-，向濾液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產(chǎn)生，則溶液中沒有Cl^-；
b．另取10mL該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體，說明溶液中含有NH₄⁺，最后沉淀完全溶解．則說明溶液中含有Al³⁺，一定不含碳酸根離子；
①依據(jù)上述分析可知，該廢水中一定含有的離子有：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含碳酸根離子，結(jié)合電荷守恒分析判斷是否含有鈉離子；
②根據(jù)溶液配制知識進分析配制時具體步驟和使用的儀器進行解答；
③另取10mL該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，則說明溶液中含有Al³⁺，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系，知溶液中含有Al³⁺為0.015mol需OH^-為0.045mol，氫氧化鈉溶液體積=30ml，濃度c=$\frac{0.045mol}{0.030L}$=1.5mol/L，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體，根據(jù)NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O結(jié)合圖象，知溶液中含有NH₄⁺為0.03mol需OH^-為0.03mol；最后沉淀完全溶解是由于氫氧化鋁與NaOH繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系，需OH^-為0.015mol，據(jù)此計算a．

解答 解：（1）工業(yè)廢氣中SO₂可被石灰水吸收，生成廢渣為CaSO₃，氣體a是不能被過量石灰水吸收的N₂、NO、CO，氣體a通入空氣，用氫氧化鈉溶液處理后到的NaNO₂，通入空氣但不能過量，否則得到硝酸鈉，NaNO₂與含有NH₄⁺的溶液反應(yīng)生成無污染氣體，應(yīng)生成氮氣，則氣體b含有CO、N₂，捕獲劑所捕獲的氣體主要是CO，
①工業(yè)廢氣中SO₂可被石灰水吸收，生成CaSO₃，因氫氧化鈣過量，則廢渣的成分為主要含有Ca（OH）₂、CaSO₃，故答案為：Ca（OH）₂、CaSO₃；
②由分析可知，氣體1是不能被過量石灰水吸收的N₂、NO、CO，氣體a通入空氣，用氫氧化鈉溶液處理后到的NaNO₂，通入的空氣不能過量，過量的空氣中的氧氣具有氧化性，得到硝酸鈉，
故答案為：空氣過量，部分氮元素轉(zhuǎn)化為NaNO₃，NaNO₂產(chǎn)量降低；
③氣體b含有CO、N₂，經(jīng)捕獲劑得到氮氣和CO，所捕獲的氣體主要是CO，防止污染空氣，故答案為：CO；
④NaNO₂與含有NH₄⁺的溶液反應(yīng)生成無污染氣體，應(yīng)生成氮氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為：NH₄⁺+NO₂^-=N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄⁺+NO₂^-=N₂↑+2H₂O；
（2）a．取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀，根據(jù)SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓知溶液中含有SO₄^2-為0.04mol；向濾液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產(chǎn)生，則溶液中沒有Cl^-；
b．另取10mL該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀，則說明溶液中含有Al³⁺，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系，知溶液中含有Al³⁺為0.015mol需OH^-為0.045mol，氫氧化鈉溶液體積=30ml，濃度c=$\frac{0.045mol}{0.030L}$=1.5mol/L，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體，根據(jù)NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O結(jié)合圖象，知溶液中含有NH₄⁺為0.03mol需OH^-為0.03mol；最后沉淀完全溶解是由于氫氧化鋁與NaOH繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系，需OH^-為0.015mol；實驗中使用的NaOH溶液的總物質(zhì)的量為：0.045mol+0.03mol+0.015mol=0.09mol，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系知此時氫氧化鈉溶液的體積=$\frac{0.09mol}{1.5mol/L}$=0.06L=60mL，
①依據(jù)上述分析可知，該廢水中一定含有的離子有：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含碳酸根離子，結(jié)合電荷守恒：陽離子所帶電荷總數(shù)為：3n（Al³⁺）+n（NH₄⁺）=3×0.015mol+0.03mol=0.06mol，陰離子所帶電荷總數(shù)=2n（SO₄^2-）=2×0.04mol=0.08mol，則一定含有Na⁺物質(zhì)的量為0.02mol，
故答案為：Na⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
故答案為：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
②配制步驟有計算、稱量、溶解、移液、洗滌、定容、搖勻等操作，一般天平稱取氫氧化鈉，把氫氧化鈉倒入燒杯進行溶解，冷卻后轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，并用玻璃棒引流，當(dāng)加水至液面距離刻度線1～2cm時，改用膠頭滴管滴加，配成100mL溶液，所以需要的儀器有玻璃棒、天平、藥匙、燒杯、膠頭滴管、100mL容量瓶，所以還需要玻璃棒、膠頭滴管、100mL容量瓶，
故答案為：100mL容量瓶、膠頭滴管；
③實驗中使用的NaOH溶液的總物質(zhì)的量為：0.045mol+0.03mol+0.015mol=0.09mol，結(jié)合圖象中沉淀的變化關(guān)系知此時氫氧化鈉溶液的體積a=$\frac{0.09mol}{1.5mol/L}$=0.06L=60mL，
故答案為：60．

點評 本題考查離子的推斷、離子性質(zhì)、離子反應(yīng)現(xiàn)象、離子電荷守恒的計算等，根據(jù)題干提供的實驗現(xiàn)象結(jié)合離子的性質(zhì)進行推斷，題目難度中等．