Question

3．某混合溶液中可能大量含有的离子如下表所示：

阳离子	H+、K+、Al3+、NH4+、Mg2+
阴离子	Cl-、Br-、OH-、CO32-、AlO2-

为探究其成分，某同学将Na₂O₂逐渐加入到上述混合溶液中并微热，产生沉淀和气体的物质的量与加入Na₂O₂的物质的量的关系分别如图所示．

（1）该溶液中一定含有的阳离子是H⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺，其对应物质的量浓度之比为2：2：2：3，溶液中一定不存在的阴离子是OH^-、CO₃^2-、AlO₂^-．
（2）a=1，b=7，c=9．
（3）写出下列离子方程式：
AB段2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃+H₂O
CD段Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据生成的沉淀总物质的量最大量为5mol、最终得到3mol可知，最终得到的沉淀为3mol氢氧化镁沉淀，溶解的2mol沉淀为氢氧化铝；根据气体的物质的量最后有增加可知，增加的气体为氨气，溶液中一定存在铵离子；根据开始加入过氧化钠时没有沉淀生成，说明原溶液中存在氢离子，根据题中数据计算出氢离子的物质的量；
（2）图象中所生成的气体和沉淀的量以及所加过氧化钠的量来计算各个点所对应的值；
（3）AB中过氧化钠与水反应、碱与铵根离子反应，CD中氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应而导致沉淀减少，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）根据图象中沉淀先增加后部分溶解可知：溶液中一定含有：Mg²⁺和Al³⁺，所以一定不含CO₃^2-、AlO₂^-，并且含有镁离子的物质的量为3mol，氢氧化铝和氢氧化镁沉淀一共是5mol，根据元素守恒，所以含有铝离子的物质的量2mol；
加入8mol过氧化钠会生成4mol氧气，而图象中生成了6mol气体，说明生成的气体除了过氧化钠和溶液反应生成的氧气之外，还一定有2mol其他气体生成，而只能是氨气，所以一定含有2mol铵根离子，所以一定不含有氢氧根离子；图象中加入过氧化钠的物质的量在0～amol之间时，没有沉淀生成，所以溶液中含有H⁺，由于加入8mol过氧化钠时生成的沉淀达到最大量5mol，8mol过氧化钠会生成16mol氢氧化钠，而生成2mol氢氧化铝、3mol氢氧化镁、2mol氨气消耗的氢氧化钠为：2mol×3+3mol×2+2mol=14mol，所以有2mol氢氧化钠与氢离子反应，氢离子的物质的量为2mol；
并且物质的量为2mol，溶液中一定还含有阴离子，可能为氯离子或溴离子，钾离子不能确定是否存在，
根据电荷守恒：所以n（H⁺）+3n（Al³⁺）+n（NH₄⁺）+2n（Mg²⁺）≤2n（SO₄^2-），所以氯离子物质的量≥16mol，即：

离子种类	H+	Al3+	NH4+	Mg2+	Br-或Cl-
物质的量（mol）	2	2	2	3	≥16

所以溶液中一定存在的阳离子为：H⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺；含有的阳离子的物质的量之比为n（H⁺）：n（Al³⁺）：n（NH₄⁺）：n（Mg²⁺）=2：2：2：3；溶液中一定不存在的阴离子为：OH^-、CO₃^2-、AlO₂^-，
故答案为：H⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Mg²⁺；2：2：2：3；OH^-、CO₃^2-、AlO₂^-；
（2）含有2mol的氢离子需要消耗氢氧化钠2mol，则需要1mol过氧化钠来生成，所以a=1，含有镁离子和铝离子一共5mol，所以消耗过氧化钠的量为5mol，在加上a=2mol，则b=7mol，氯离子的物质的量是2mol，所以氢氧化铝的物质的量是2mol，完全将氢氧化铝溶解，消耗1mol的氢氧化钠，即需要1mol的过氧化钠来生成，所以c=9mol，故答案为：1；7；9；
（3）AB段发生2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃+H₂O，CD段氢氧化铝能够与氢氧化钠溶液反应，发生Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：2Na₂O₂+2H₂O=4Na⁺+4OH^-+O₂↑、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃+H₂O；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．

点评 本题考查常见的离子检验方法、离子方程式的书写，题目难度中等，注意掌握常见的离子检验方法，能够根据描述的反应现象判断存在的离子，注意掌握氢氧化铝的两性及反应的方程式．