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，开始发现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__________，阴离子是__________。

(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式。

(3)假设该过程中向该溶液中加入的NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol·L^-1，请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。

Answer 1

(1) Al³⁺ 

(2)NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O〔或(NH₄)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O〕

(3)如图：

解析：(1)根据题意可以判断原物质中含有的离子是、Al³⁺、.

(2)n()==0.2 mol

n()==0.1 mol

根据离子化合物中阴、阳离子电荷守恒的原理：

n()+3n(Al³⁺)=2n()可得：

n(Al³⁺)=(2×0.2 mol-0.1 mol)=0.1 mol

n(H₂O)==1.2 mol

n()：n(Al³⁺)：n()：n(H₂O)=0.1：0.1：0.2：1.2=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)先分成三段进行计算，分别求出临界值，然后再作图象.

根据Al³⁺  +  3OH^-Al(OH)₃↓

       1           3

  0.1 mol   5 mol·L^-1 V₁

求出V₁=0.06 L=60 mL(沉淀达到最大值)

根据 +  OH^-NH₃·H₂O

        1             1

     0.1 mol    5 mol·L^-1 V₂

求出V₂=0.02 L=20 mL

对应临界点的横坐标值为60 mL+20 mL=80 mL

根据Al(OH)₃  +  NaOHNaAlO₂+2H₂O

         1                1

    0.1 mol    5 mol·L^-1 V₃

求出V₃=0.02 L=20 mL(沉淀完全溶解)

对应临界点的横坐标值为60 mL+20 mL+20 mL=100 mL

作出图象如下：