Question

13．雾霾严重影响人们的生活与健康，某地区的雾霾中可能含有如下离子中的一种或几种：Na⁺、NH${\;}_{4}^{+}$、Mg²⁺、Al³⁺、SO${\;}_{4}^{2-}$、NO${\;}_{3}^{-}$、Cl^-，某同学收集了该地区的雾霾，经必要的预处理后得到试样溶液，设计并完成了如下实验：
已知：NO${\;}_{3}^{-}$+Al+OH^-$\stackrel{△}{→}$NH₃↑+AlO${\;}_{2}^{-}$
（1）配平并用单线桥表示上面的离子方程式：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-．
（2）试样中肯定存在的离子有NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-．
（3）现取10.0mL的试样溶液，向其中加入0.100mol/L的NaOH溶液，生成沉淀的物质的量（n）与加入NaOH溶

液的体积（V）的关系如图所示．则：
①溶液中还含有的金属阳离子是Al ³⁺；
②实验中得到沉淀2所发生反应的离子方程式为BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+2H₂O↑，Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O；
③图中bc段发生反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH ^-=AlO_2^-+2H₂O；
④试样溶液中存在的阳离子的物质的量浓度之比为3：2：1．

Answer 1

分析 （1）根据氧化还原反应中电子守恒来配平方程式；
（2）试样溶液中加入过量Ba（OH）₂并加热，生成的气体1，该气体1可能是NH₃，则试样中含有NH₄⁺；向滤液中通入CO₂，得到溶液2、沉淀2，溶液2中加入Al，NO₃^-+A1+OH^-+H₂O→NH₃↑+[Al（OH）₄]^-，生成气体2，该气体是NH₃，根据已知条件知，溶液2中含有NO₃^-，根据元素守恒知，原溶液中含有NO₃^-；滤液1中通入CO₂，得到沉淀2，向沉淀2中加入酸，沉淀溶解并放出气体，说明沉淀2是碳酸钡等难溶性碳酸盐；沉淀1加入酸后，沉淀部分溶解，硫酸钡不溶于酸，说明原来溶液中含有SO₄^2-，能和过量Ba（OH）₂反应生成能溶于酸的沉淀，根据提供的离子可知该沉淀为Mg（OH）₂，所以溶液中含有Mg²⁺，结合题给选项分析解答；
（3）开始阶段是的阶段是产生氢氧化镁和氢氧化铝的阶段，然后是铵根离子和氢氧化钠之间的反应，随后是氢氧化铝的溶解阶段，最后得到的沉淀是氢氧化镁，据此回答．

解答 解：（1）反应NO₃^-+Al+OH^-→NH₃↑+AlO₂^-中N元素的化合价降低，共得到电子8mol，Al元素的化合价升高，共失电子3mol，根据电子守恒，得失电子是24mol，结合电荷守恒，所以反应为：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-，故答案为：2H₂O+3NO₃ ^-+8Al+5OH ^-=3NH₃↑+8AlO₂^-；
（2）试样溶液中加入过量Ba（OH）₂并加热，生成的气体1，该气体1可能是NH₃，则试样中含有NH₄⁺；向滤液中通入CO₂，得到溶液2、沉淀2，溶液2中加入Al，NO₃^-+A1+OH^-+H₂O→NH₃↑+[Al（OH）₄]^-，生成气体2，该气体是NH₃，根据已知条件知，溶液2中含有NO₃^-，根据元素守恒知，原溶液中含有NO₃^-；滤液1中通入CO₂，得到沉淀2，向沉淀2中加入酸，沉淀溶解并放出气体，说明沉淀2是碳酸钡等难溶性碳酸盐；沉淀1加入酸后，沉淀部分溶解，硫酸钡不溶于酸，说明原来溶液中含有SO₄^2-，能和过量Ba（OH）₂反应生成能溶于酸的沉淀，根据离子知，该沉淀为Mg（OH）₂，所以溶液中含有Mg²⁺，
A．根据以上分析可知溶液中含有NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-，故答案为：NH₄⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和NO₃^-；
（3）根据图象，开始阶段是的阶段是产生氢氧化镁和氢氧化铝的阶段，然后是铵根离子和氢氧化钠之间的反应，随后是氢氧化铝的溶解阶段，最后得到的沉淀是氢氧化镁，溶液中存在的阳离子是Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，[Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，根据消耗氢氧化钠的量，得到Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺的浓度之比是：3：2：1，故答案为：3：2：1．

点评 本题考查了常见离子的性质及检验方法，题目难度中等，明确物质的性质及特殊反应现象是解本题关键，根据物质的溶解性、物质的性质及题给信息来分析解答．