Question

5．2013年中国水周的主题是：“节约保护水资源，大力建设生态文明”．
（1）ClO₂和Cl₂（还原产物都为Cl^-）是生活中常用的净水消毒剂．当消耗等物质的量的两种物质时，ClO₂的消毒效率是Cl₂的2.5倍．
（2）某无色废水中可能含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Na⁺、NO${\;}_{3}^{-}$、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$中的几种，为分析其成分，分别取废水样品100mL，进行了三组实验，其操作流程和有关现象如图1所示：操作③的相关图象如图2

请根据上图回答下列问题：
①实验中需配制1.0mol•L^-1的NaOH溶液100mL，所需仪器除了玻璃棒、托盘天平、量筒、药匙、烧杯、胶头滴管，还缺少的仪器为100 mL容量瓶．
②实验③中沉淀量由A→B过程中所发生反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
③试确定NO${\;}_{3}^{-}$是否存在？存在（填“存在”“不存在”或“不确定”），若存在，试计算c（NO${\;}_{3}^{-}$）=0.15 mol•L^-1（若不存在，此问不必作答）．

Answer 1

分析 （1）ClO₂和Cl₂的还原产物都为Cl^-，则反应中Cl元素化合价分别由+4价、0价降低到-1价，化合价分别变化5、1，以此解答；
（2）①配制1.0mol/L的NaOH溶液100mL，根据实验步骤所需仪器：玻璃棒、托盘天平、量筒、药匙、烧杯、胶头滴管、100mL容量瓶；
②实验③中A→B过程是Al（OH）₃与OH^-发生反应；
③无色废水确定无Fe³⁺，根据实验①确定无Na⁺，根据实验②确定有SO₄^2-，根据实验③确定有Al³⁺和Mg²⁺，因为CO₃^2-与Al³⁺不能共存，所以无CO₃^2-；故溶液中存在的离子为：Al³⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，根据硫酸钡沉淀求出n（SO₄^2-），根据图象求出n（Al³⁺）和n（Mg²⁺），再根据电荷守恒确定有没有NO₃^-．

解答 解：（1）ClO₂和Cl₂的还原产物都为Cl^-，则反应中Cl元素化合价分别由+4价、0价降低到-1价，化合价分别变化5、1，则ClO₂的消毒效率是Cl₂的$\frac{5}{2×1}$=2.5倍．
故答案为：2.5；
（2）①配制1.0mol/L的NaOH溶液100mL，根据实验步骤所需仪器：玻璃棒、托盘天平、量筒、药匙、烧杯、胶头滴管、100mL容量瓶，故答案为：100mL容量瓶；
②实验③中A→B过程是Al（OH）₃与OH^-发生反应，其方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③无色废水确定无Fe³⁺，根据实验①确定无Na⁺，根据实验②确定有SO₄^2-，根据实验③确定有Al³⁺和Mg²⁺，因为CO₃^2-与Al³⁺不能共存，所以无CO₃^2-；故溶液中存在的离子为：Al³⁺、Mg²⁺、SO₄^2-，已知硫酸钡沉淀为2.33g，则n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，
根据图象可知与Al（OH）₃的OH^-为：n（OH^-）=0.005mol，
Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓
n（Al³⁺） 0.005mol n（Mg²⁺） 0.035-3n（Al³⁺）
所以n（Al³⁺）=0.005mol，n（Mg²⁺）=0.01mol 所以溶液中Mg²⁺和Al³⁺所带正电荷与SO₄^2-所带负电荷不相等，因此存在NO₃^-，
设NO₃^-物质的量为nmol，根据电荷守恒得：3n（Al³⁺）+2n（Mg²⁺）=2n（SO₄^2-）+n（NO₃^-）所以n（NO₃^-）=0.015mol，所以c（NO₃^-）=$\frac{0.015mol}{0.1L}$=0.15mol/L，
故答案为：存在；0.15mol/L．

点评 本题考查了常见离子检验，现象的判断和离子检验，关键是图象分析离子特征和离子共存的判断，题目难度中等．