Question

5．一位同学在复习时遇到这样一道习题：某无色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入铝粉后，只产生H₂，问该无色溶液中能大量存在哪几种离子．
（1）加入铝粉产生H₂，说明铝具有还原性（填“氧化性”或“还原性”）．
（2）该同学分析：若H⁺大量存在，则NO3^-就不能大量存在．
设计实验证实如下：

装置	现象
	ⅰ．实验初始，未见明显现象 ⅱ．过一会儿，出现气泡，液面上方呈浅棕色 ⅲ．试管变热，溶液沸腾

①盐酸溶解Al₂O₃薄膜的离子方程式是6H⁺+Al₂O₃=2Al³⁺+3H₂O．
②根据现象ⅱ，推测溶液中产生了NO，为进一步确认，进行如下实验：

实 验	内 容	现 象
实验1	将湿润KI-淀粉试纸置于空气中	未变蓝
实验2	用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体	试纸变蓝

a．浅棕色气体是NO₂．
b．实验1的目的是对比实验，排除氧气使湿润的淀粉KI试纸变蓝的可能．
c．实验1、2说明反应生成了NO，将生成NO的离子方程式补充完整：
1Al+1NO₃^-+4H⁺═1Al₃⁺+1NO↑+2H₂O．
（3）再假设：若OH^-大量存在，NO₃^-也可能不能大量存在．
重新设计实验证实如下：

装置	现象
	ⅰ．实验初始，未见明显现象 ⅱ．过一会儿，出现气泡，有刺激性气味

为确认“刺激性气味”气体，进行如下实验：用湿润KI-淀粉试纸检验，未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝．
①刺激性气味的气体是NH₃．
②产生该气体的离子方程式是8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O=3NH₃↑+8AlO₂^-．
（4）在NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H₂生成，其化学方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（5）实验结果证实：NO₃?在酸、碱性环境中都有一定的氧化性，能氧化铝单质，产生含氮化合物．习题中的无色溶液一定能大量存在的是Na⁺和OH^-．

Answer 1

分析 无色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入铝粉后，只产生H₂，因硝酸具有强氧化性，则无色溶液应为NaOH溶液，
（1）加入铝粉产生H₂，Al失去电子，H得到电子；
（2）①盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水；
②液面上方呈浅棕色，一定不是氢气，为氮的氧化物，由将湿润KI-淀粉试纸置于空气中未变蓝，说明KI在空气中不能被氧化，而用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体试纸变蓝，则KI被氧化，即二氧化氮与水反应生成硝酸，再氧化碘离子生成碘单质；Al与H⁺、NO₃^-发生氧化还原反应生成硝酸铝、NO和水；
（3）用湿润KI-淀粉试纸检验，未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝，则气体为氨气，碱性条件下Al与NO₃^-发生氧化还原反应生成氨气；
（4）NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H₂生成，即反应生成偏铝酸钠和氢气．

解答 解：无色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入铝粉后，只产生H₂，因硝酸具有强氧化性，则无色溶液应为NaOH溶液，
（1）加入铝粉产生H₂，Al失去电子，H得到电子，则Al为还原剂，具有还原性，故答案为：还原性；
（2）①盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水，该离子反应为6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O，故答案为：6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O；
②液面上方呈浅棕色，一定不是氢气，为氮的氧化物，由将湿润KI-淀粉试纸置于空气中未变蓝，说明KI在空气中不能被氧化，而用湿润KI-淀粉试纸检验浅棕色气体试纸变蓝，则KI被氧化，即二氧化氮与水反应生成硝酸，再氧化碘离子生成碘单质，
a．由上述分析可知，浅棕色气体是NO₂，故答案为：NO₂；
b．实验1的目的是对比实验，排除氧气使湿润的淀粉KI试纸变蓝的可能，故答案为：对比实验，排除氧气使湿润的淀粉KI试纸变蓝的可能；
c．Al与H⁺、NO₃^-发生氧化还原反应生成硝酸铝、NO和水，离子反应为Al+NO₃^?+4H⁺═Al³⁺+NO↑+2H₂O，故答案为：1；1；4；H⁺；1；1；2；H₂O；
（3）①用湿润KI-淀粉试纸检验，未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝，则气体为NH₃，故答案为：NH₃；
②由上述分析可知，碱性条件下Al与NO₃^-发生氧化还原反应生成氨气，离子反应为8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O═3NH₃↑+8AlO₂^-，
故答案为：8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O═3NH₃↑+8AlO₂^-；
（4）NaOH溶液中加入铝粉，结果只检验出有H₂生成，即反应生成偏铝酸钠和氢气，反应为2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．

点评 本题考查物质中的成分及性质，为高频考点，把握实验方案的设计及发生的氧化还原反应为解答的关键，注意设计思路与物质性质的关系，侧重实验学生分析能力、综合应用能力的考查，较好考查学生实验基本技能，题目难度中等．