Question

3．某混合溶液中可能含有的离子如表所示：

可能大量含有的阳离子	H+、Ag+、Mg2+、Al3+、NH4+、Fe3+
可能大量含有的阴离子	Cl-、Br-、I-、CO32-、AlO2-

为探究其成分，进行了以下探究实验．
（1）探究一：甲同学取一定量的混合溶液，向其中逐滴加入氢氧化钠溶液，产生沉淀的物质的量（n）与加入氢氧化钠溶液的体积（V）的关系如图所示．
①该溶液中一定含有的阳离子是H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，其对应物质的量浓度之比为2：3：1，一定不存在的阴离子是CO₃^2-、AlO₂^-；
②请写出沉淀减少过程中发生反应的离子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O．
（2）探究二：乙同学检测到该溶液中含有大量的Cl^-、Br^-、I^-，若向1L该混合溶液中通入一定量的Cl₂，溶液中Cl^-、Br^-、I^-的物质的量与通入Cl₂的体积（标准状况）的关系如下表所示，分析后回答下列问题：

Cl2的体积（标准状况）	5.6L	11.2L	22.4L
n （Cl-）	2.5mol	3.0mol	4.0mol
n （Br-）	3.0mol	2.6mol	1.6mol
n （I-）	x mol	0	0

①原溶液中Cl^-、Br^-、I^-的物质的量浓度之比为（最简整数比）10：15：3．
②当通入Cl₂的体积达到11.2L时，溶液中发生的总反应的离子方程式可表示为：5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂．

Answer 1

分析 （1）①开始加入2V₀无沉淀生成说明发生的反应是：H⁺+OH^-═H₂O，再加入氢氧化钠溶液至5V₀，图象分析可知生成沉淀增多至最大，反应为Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，消耗氢氧化钠溶液3V₀，继续加入氢氧化钠，沉淀量不变，说明氢氧化钠和溶液中的铵根离子反应，NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O，消耗氢氧化钠溶液3V₀，继续加入氢氧化钠溶液，沉淀开始溶解，到加入10V₀氢氧化钠溶液，沉淀全部溶解，发生的反应为Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氢氧化钠V₀；依据定量关系分析判断离子存在情况和离子物质的量之比；
②沉淀减少是氢氧化铝与过量的氢氧化钠反应生成可溶性偏铝酸钠．
（2）还原性：I^-＞Br^-，加入氯气5.6L时溶液中I^-amol，则说明通入5.6L Cl₂只发生：Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，5.6L变成11.2L，消耗5.6L Cl₂的物质的量为$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，发生Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-、Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^-，结合离子反应方程式计算．

解答 解：（1）①根据图象，开始加入NaOH没有沉淀和气体产生，则一定有H⁺；
由离子共存可知，一定不含有CO₃^2-、AlO₂^-，开始加入2V₀无沉淀生成说明发生的反应是：H⁺+OH^-═H₂O，后来有沉淀产生且最后消失，则一定没有Mg²⁺、Fe³⁺，有Al³⁺；
再加入氢氧化钠溶液至5V₀，图象分析可知生成沉淀增多至最大，反应为Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，消耗氢氧化钠溶液3V₀，
继续加入氢氧化钠，沉淀量不变，说明氢氧化钠和溶液中的铵根离子反应，NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O，消耗氢氧化钠溶液3V₀，
继续加入氢氧化钠溶液，沉淀开始溶解，到加入10V₀氢氧化钠溶液，沉淀全部溶解，发生的反应为Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氢氧化钠V₀；
沉淀的质量不变，反应为NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O的反应，则有NH₄⁺；
图中反应现象无法确定是否含K⁺；综上所述一定含有H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，物质的量之比=2V₀：3V₀：V₀=2：3：1，
故答案为：H⁺、NH₄⁺、Al³⁺；2：3：1；CO₃^2-、AlO₂^-；
②沉淀减少是氢氧化铝与过量的氢氧化钠反应生成可溶性偏铝酸钠，离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O，故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O；
（2）①由于还原性：I^-＞Br^-，加入氯气5.6L时溶液中I^-xmol，Cl₂的物质的量为$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，
Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，
0.25 0.5
消耗n（I^-）=2×0.25mol=0.5mol，生成n（Cl^-）=2×0.25mol=0.5mol，此时n（Br^-）=3.0mol，则说明原溶液中n（Br^-）=3.0mol；
5.6L变成11.2L，消耗Cl₂的物质的量为$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，发生：Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^-，Br^-消耗3.0-2.6=0.4mol，需要氯气0.2mol，
    Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^- 
    0.2mol  0.4mol           
   Cl₂ +2I^-═I₂+2Cl^- 
   0.05mol 0.1mol
则x=0.1mol，所以原溶液中：
n（I^-）=0.5mol+0.1mol=0.6mol，
n（Cl^-）=2.5mol-0.5mol=2mol，
n（Cl^-）：n（Br^-）：n（I^-）=2：3：0.6=10：15：3，
故答案为：10：15：3；
②当通入Cl₂的体积达到11.2L时，碘离子均被氧化，溴离子部分氧化，由电子、电荷守恒可知离子反应为5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂，
故答案为：5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂．

点评 本题综合考查离子反应，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力考查，注意②中反应的先后顺序为解答的关键，题目难度中等．