Question

17．有一未知的无色溶液，可能含有以下离子中的若干种（忽略由水电离产生的H⁺、OH^-）：H⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-，现取两份100mL溶液进行如下实验：
①第一份加入足量的BaCl₂溶液后，有白色沉淀产生，经洗涤、干燥后，称量沉淀质量为6.99g；
②第二份逐滴滴加NaOH溶液，测得沉淀的物质的量与NaOH溶液的体积关系如图所示．根据上述实验事实，回答以下问题：
（1）该溶液中一定不存在的阳离子有Fe³⁺；
（2）在实验②中，NaOH溶液滴至b～c段过程中发生的离子反应方程式为NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O；NaOH溶液的浓度为$\frac{10}{d-c}$mol•L^-1（用字母c、d表示）；
（3）原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、H⁺，其物质的量之比n（Mg²⁺）：n（Al³⁺）：n（H⁺）为1：1：1；
（4）原溶液中NO₃^-的浓度为c（NO₃^-），则c（NO₃^-）的取值范围为c（NO₃^-）≥0.3mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）溶液是无色透明的，所以不含有颜色的离子，故Fe³⁺一定不存在；
（2）通过图象知，在加入过量的过氧化钠的过程中，一开始就没有沉淀生成，说明含有H⁺，后来沉淀部分溶解，推断一定含有Al³⁺；图象中有一段平台，说明加入OH^-时无沉淀生成，有NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，最后溶液中有沉淀，说明溶液中含Mg²⁺；原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，由图可知，沉淀最大时是氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，且n[Mg（OH）₂]+n[Al（OH）₃]=0.02mol，沉淀最小时，为氢氧化镁，故n[Mg（OH）₂]=0.01mol，故n[Al（OH）₃]=0.02mol-0.01mol=0.01mol，根据铝元素守恒可知n（Al³⁺）=n[Al（OH）₃]=0.01mol，根据Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，需OH^-0.01mol；由图可知消耗Na0H（d-c）mL，所以c（Na0H ）=$\frac{n}{V}$，由此分析解答；
（3）原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，由图可知，沉淀最大时是氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，且n[Mg（OH）₂]+n[Al（OH）₃]=0.02mol，沉淀最小时，为氢氧化镁，故n[Mg（OH）₂]=0.01mol，故n[Al（OH）₃]=0.02mol-0.01mol=0.01mol，根据铝元素守恒可知n（Al³⁺）=n[Al（OH）₃]=0.01mol，根据Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，需OH^-0.03mol；根据镁元素守恒可知原溶液中n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]=0.01mol，由（2）知而c到d一格氢氧根离子的浓度为0.01mol，0→a与氢离子反应，所以氢离子的物质的量为0.01mol，由此求原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、H⁺，其物质的量之比；
（4）根据图推断一定不含有CO₃^2-、一定含有SO₄^2-；根据①得n（SO₄^2-）=$\frac{6.99g}{233g/mol}$=3×10^-2mol；根据（2）得n（NH₄⁺）=0.03mol，据此即可解答根据电荷守恒，阳离子的总电荷为n（Mg²⁺）×2+n（Al³⁺）×3+n（NH₄⁺）×1+n（K⁺）×1+n（H⁺）=0.09mol+n（K⁺）×1，阴离子的总电荷为n（SO₄^2-）×2+n（NO₃^-）×1=3×10^-2mol×2+n（NO₃^-）×1，
阳离子的总电荷等于阴离子所带的总电荷，0.09mol+n（K⁺）×1═3×10^-2mol×2+n（NO₃^-）×1，然后求出范围．

解答 解：（1）溶液是无色透明的，所以不含有颜色的离子，故Fe³⁺一定不存在，故答案为：Fe³⁺；
（2）通过图象知，在加入过量的过氧化钠的过程中，一开始就没有沉淀生成，说明含有H⁺，后来沉淀部分溶解，推断一定含有Al³⁺；图象中有一段平台，说明加入OH^-时无沉淀生成，有NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，最后溶液中有沉淀，说明溶液中含Mg²⁺，所以NaOH溶液滴至b～c段过程中发生的离子反应方程式为NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，由图可知，沉淀最大时是氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，且n[Mg（OH）₂]+n[Al（OH）₃]=0.02mol，沉淀最小时，为氢氧化镁，故n[Mg（OH）₂]=0.01mol，故n[Al（OH）₃]=0.02mol-0.01mol=0.01mol，根据铝元素守恒可知n（Al³⁺）=n[Al（OH）₃]=0.01mol，根据Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，需OH^-0.01mol；由图可知消耗Na0H（d-c）mL，所以c（Na0H ）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.01}{（d-c）×0.001}$=$\frac{10}{d-c}$mol•L^-1，故答案为：NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O；$\frac{10}{d-c}$ mol•L^-1；
（3）原溶液确定含有Mg²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，由图可知，沉淀最大时是氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，且n[Mg（OH）₂]+n[Al（OH）₃]=0.02mol，沉淀最小时，为氢氧化镁，故n[Mg（OH）₂]=0.01mol，故n[Al（OH）₃]=0.02mol-0.01mol=0.01mol，根据铝元素守恒可知n（Al³⁺）=n[Al（OH）₃]=0.01mol，根据Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，需OH^-0.03mol；根据镁元素守恒可知原溶液中n（Mg²⁺）=n[Mg（OH）₂]=0.01mol，由（2）知而c到d一格氢氧根离子的浓度为0.01mol，0→a与氢离子反应，所以氢离子的物质的量为0.01mol，则n（Mg²⁺）：n（Al³⁺）：n（H⁺）为1：1：1，故答案为：1：1：1；       
（4）根据图推断一定不含有CO₃^2-、一定含有SO₄^2-；根据①得n（SO₄^2-）=$\frac{6.99g}{233g/mol}$=3×10^-2mol；根据（2）得n（NH₄⁺）=0.03mol，据此即可解答根据电荷守恒，阳离子的总电荷为n（Mg²⁺）×2+n（Al³⁺）×3+n（NH₄⁺）×1+n（K⁺）×1+n（H⁺）=0.09mol+n（K⁺）×1，阴离子的总电荷为n（SO₄^2-）×2+n（NO₃^-）×1=3×10^-2mol×2+n（NO₃^-）×1，
阳离子的总电荷等于阴离子所带的总电荷，0.09mol+n（K⁺）×1═3×10^-2mol×2+n（NO₃^-）×1，
因K⁺不能和中学常见物质反应产生特殊现象进行判断，只能用焰色反应判断，该实验无法判断其是否存在，所以n（NO₃^-）≥0.03mol，所以c（NO₃^-）≥0.3 mol•L^-1
，故答案为：c（NO₃^-）≥0.3 mol•L^-1．

点评 本题主要考查了离子的共存、反应的计算，定性分析离子共存、定量分析离子的物质的量是解题的关键，题目难度中等．