Question

17．某无色溶液中可能含有H⁺，NH₄⁺，Mg²⁺，Fe³⁺，Al³⁺，SO₄^2-，HCO₃^-等离子，当向溶液中加入一定浓度NaOH溶液，生成沉淀物质的量随加入NaOH溶液体积关系如图所示．
请回答下列问题：
（1）ab段生成沉淀的化学方程式：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（2）cd段沉淀减少的反应方程式：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；
（3）简述bc段沉淀物质的量不变的原因：加入的NaOH与原溶液中NH₄⁺反应生成NH₃•H₂O；
（4）原溶液中一定含有的离子的物质的量之比为n（H⁺）：n（Al³⁺）：n（NH₄⁺）：n（SO₄^2-）：n（Mg²⁺）=2：2：4：9：3．

Answer 1

分析 加入NaOH溶液后，在0-a段没有生成沉淀，说明溶液中一定存在H⁺或HCO₃^-离子，由于后面有沉淀生成及部分沉淀溶解可知，溶液中一定存在Al³⁺，由于HCO₃^-和Al³⁺会发生双水解而不能共存，则只能存在H⁺；a-b段生成沉淀消耗了6a体积氢氧化钠，溶液中可能存在Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，根据c-d段部分沉淀溶解，可知一定存在铝离子，根据图象Al（OH）₃的物质的量与剩余的沉淀的物质的量相等，由OH^-～AlO₂^-可知消耗溶解氢氧化铝消耗了a体积氢氧化钠，所以生成氢氧化铝沉淀消耗了3a体积氢氧化钠，另一种离子生成的沉淀的量也消耗3a体积氢氧化钠，另一种离子为Mg²⁺，无色溶液中一定不含铁离子，b-c段沉淀的物质的量不变，说明氢氧根离子与铵离子发生了反应，即溶液中一定存在NH₄⁺．

解答 解：加入NaOH溶液后，在0-a段没有生成沉淀，说明溶液中一定存在H⁺或HCO₃^-离子，由于后面有沉淀生成及部分沉淀溶解可知，溶液中一定存在Al³⁺，由于HCO₃^-和Al³⁺会发生双水解而不能共存，则只能存在H⁺；a-b段生成沉淀消耗了6a体积氢氧化钠，溶液中可能存在Mg²⁺、Al³⁺，
根据c-d段部分沉淀溶解，可知一定存在铝离子，根据图象Al（OH）₃的物质的量与剩余的沉淀的物质的量相等，由OH^-～AlO₂^-可知消耗溶解氢氧化铝消耗了a体积氢氧化钠，所以生成氢氧化铝沉淀消耗了3a体积氢氧化钠，另一种离子生成的沉淀的量也消耗3a体积氢氧化钠，另一种离子为Mg²⁺；
b-c段沉淀的物质的量不变，说明氢氧根离子与铵离子发生了反应，即溶液中一定存在NH₄⁺．所以溶液中一定含有n（H⁺）、n（Al³⁺）、n（NH₄⁺），n（SO₄^2-）．
（1）ab段生成沉淀是的离子方程式为：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；故答案为：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（2）根据c-d段部分沉淀溶解，可知一定存在铝离子，是氢氧化铝溶于氢氧化钠中的一段，发生的反应为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O；
（3）b-c段沉淀的物质的量不变，说明氢氧根离子与铵离子发生了反应，即溶液中一定存在NH₄⁺，故答案为：加入的NaOH与原溶液中NH₄⁺反应生成NH₃•H₂O；
（4）原溶液中含有的阳离子是H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，一定不存在镁离子，根据消耗的氢氧化钠的物质的量可以认为n（H⁺）=a，n（Al³⁺）=a，n（Mg²⁺）=1.5a，
n（NH₄⁺）=2a，根据电荷守恒，n（SO₄^2-）=4.5a，n（H⁺）：n（Al³⁺）：n（NH₄⁺）：n（SO₄^2-）：n（Mg²⁺）=2：2：4：9：3，
故答案为：n（H⁺）：n（Al³⁺）：n（NH₄⁺）：n（SO₄^2-）：n（Mg²⁺）=2：2：4：9：3．

点评 本题考查了离子检验的方法应用，题目难度中等，氢氧化铝是两性氢氧化物溶于强碱是解题关键，本题难点在于如何根据图象中的数据判断铁离子的存在及根据溶液电中性判断一定存在硫酸根离子．