Question

某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子。称取两份质量均为45.3 g的该结晶水合物，分别制成溶液。向其中一份逐滴加入NaOH溶液，发现开始溶液中出现白色沉淀并逐渐增多；一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，加热后共计可收集到2.24 L该气体（标准状况）；最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。另一份逐滴加入Ba(OH)₂溶液，开始现象类似，但最终仍有白色沉淀；过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6 g。
请回答以下问题：
（1）该结晶水合物中含有的两种阳离子是：　   　和　   　　。
（2）试通过计算确定该结晶水合物的化学式为　　    　　。
（3）假设过程中向该溶液中加入的Ba(OH)₂溶液的物质的量浓度为2.0 mol·L^-1。
①加入Ba(OH)₂溶液后，若所得沉淀的总物质的量最大，则反应的离子方程式为　　   　　。
②若加入75 mL的Ba(OH)₂溶液，则得到的沉淀质量为　　　   　 g。

Answer 1

（1）Al^3＋和NH₄⁺（各1分）
（2）NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O [或(NH₄)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O] （2分）
（3）①NH₄^＋＋Al^3＋＋4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2－＝2BaSO₄↓＋Al(OH)₃↓＋NH₃·H₂O （2分）②42.75 g（2分）

解析试题分析：（1）根据题意知，向其中一份溶液中逐滴加入NaOH溶液，发现开始溶液中出现白色沉淀并逐渐增多，最后白色沉淀逐渐减少并最终消失，原溶液中含有铝离子；一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体为氨气，原溶液中含有铵根离子；答案为：NH₄⁺、Al³⁺；（2）一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6g，说明含有硫酸根离子；可知45.3g的该结晶水合物中：n（SO₄^2-）=0.02mol，结合产生氨气的体积知，n（NH₄⁺）=0.1mol，根据离子化合物中阴、阳离子电荷相等的原理：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-）可得：n（Al³⁺）=0.1 mol，进一步求得n（H₂O）=1.2mol，该结晶水合物中：n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，该结晶水合物的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；（3）①根据反应的先后顺序，开始阶段是氢氧化钠和铝离子反应生成氢氧化铝沉淀阶段，然后是铵根离子和氢氧根离子反应生成氨气和水的阶段，最后是氢氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠的阶段，当NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和氢氧化钡的物质的量之比为1：2时，两者恰好反应生成硫酸钡、氢氧化铝和一水合氨，此时生成沉淀量最大，离子反应方程式为：NH₄⁺+Al³⁺+4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2-=2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+NH₃．H₂O，；②45.3g晶体的物质的量为0.1mol，n（Ba（OH）₂）=2.0mol/L×0.075L=0.15mol，n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）=2：3，所以氢氧化钡不足量，由原子守恒知，n（BaSO₄）=n（Ba（OH）₂）=0.15mol，生成n（Al（OH）₃）=2/3n（Ba（OH）₂）=0.1mol，所以沉淀的质量=0.15mol×233g/mol+0.1mol×78g/mol=34.95g+7.8g=42.75g，。
考点：考查离子的检验和推断。