Question

15．100mL某溶液中可能含有H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、CO₃^2-、SO₄^2-、NO₃^-中的几种．①若加入锌粒，会产生H₂；②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，且产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示．则（1）溶液中一定含有的阳离子有H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺，一定不含有的离子有CO₃^2-、NO₃^-、Fe³⁺．
（2）C→D的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（3）由A→B及C→D段有关数据可计算出的某两种离子的物质的量浓度分别为1mol•L^-1和0.5mol•L^-1．

Answer 1

分析 加锌产生无色无味气体说明锌与氢离子反应生成氢气，溶液中有大量氢离子，则没有CO₃^2-、NO₃^-，
加氢氧化钠产生白色沉淀说明不含Fe³⁺；当溶液中含H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺、时，加入氢氧化钠，先与氢离子反应，再与镁、铝离子反应生成氢氧化物沉淀，再与铵根反应得到一水合氨，再与氢氧化铝反应生成偏铝酸钠，对应图象是先在x轴上，再逐渐增大，再平行x轴，再减小，可以对照图象求出各离子的量即可．

解答 解：根据①可知，溶液显酸性，则溶液中一定不存在CO₃^2-和NO₃^-；
根据②可知，产生的是白色沉淀，说明不存在Fe³⁺；根据产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系图可知，溶液中一定含有Mg²⁺、Al³⁺；又因为当沉淀达到最大值时，继续加入氢氧化钠，沉淀不变，这说明溶液中还存在NH₄⁺，根据溶液电中性可知，溶液中一定存在阴离子SO₄^2-；即一定含有：H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含CO₃^2-、NO₃^-、Fe³⁺．
（1）溶液中一定含有的阳离子有H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺； 一定不含有的离子有CO₃^2-、NO₃^-、Fe³⁺；
故答案为：H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺；CO₃^2-、NO₃^-、Fe³⁺；
（2）C→D的反应为氢氧化铝溶于氢氧化钠，其离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）根据图象可知，A→B为Mg²⁺、Al³⁺与氢氧化钠反应，消耗氢氧化钠为0.5mol-0.1mol=0.4mol，
C→D阶段为氢氧化钠溶解氢氧化铝：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，消耗氢氧化钠0.8mol-0.7mol=0.1mol，则n[Al（OH）₃]=0.1mol，根据铝元素守恒可知n（Al³⁺）=0.1mol；
则c（Al³⁺）=$\frac{n}{V}$=1mol/L；
与镁离子反应的氢氧化钠为0.4mol-0.1mol×3=0.1mol，则n[Mg（OH）₂]=0.05mol，
则则c（Mg²⁺）=$\frac{n}{V}$=0.5mol/L；
故答案为：1；0.5．

点评 本题考查离子共存、反应图象识别以及离子反应有关计算等，是高考中的常见题型，对学生的综合能力提出了更高的要求，有利于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力，难度较大．