Question

3．某混合溶液中可能含有的離子如表所示：

可能大量含有的陽離子	H+、Ag+、Mg2+、Al3+、NH4+、Fe3+
可能大量含有的陰離子	Cl-、Br-、I-、CO32-、AlO2-

為探究其成分，進行了以下探究實驗．
（1）探究一：甲同學取一定量的混合溶液，向其中逐滴加入氫氧化鈉溶液，產(chǎn)生沉淀的物質的量（n）與加入氫氧化鈉溶液的體積（V）的關系如圖所示．
①該溶液中一定含有的陽離子是H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，其對應物質的量濃度之比為2：3：1，一定不存在的陰離子是CO₃^2-、AlO₂^-；
②請寫出沉淀減少過程中發(fā)生反應的離子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O．
（2）探究二：乙同學檢測到該溶液中含有大量的Cl^-、Br^-、I^-，若向1L該混合溶液中通入一定量的Cl₂，溶液中Cl^-、Br^-、I^-的物質的量與通入Cl₂的體積（標準狀況）的關系如下表所示，分析后回答下列問題：

Cl2的體積（標準狀況）	5.6L	11.2L	22.4L
n （Cl-）	2.5mol	3.0mol	4.0mol
n （Br-）	3.0mol	2.6mol	1.6mol
n （I-）	x mol	0	0

①原溶液中Cl^-、Br^-、I^-的物質的量濃度之比為（最簡整數(shù)比）10：15：3．
②當通入Cl₂的體積達到11.2L時，溶液中發(fā)生的總反應的離子方程式可表示為：5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂．

Answer 1

分析 （1）①開始加入2V₀無沉淀生成說明發(fā)生的反應是：H⁺+OH^-═H₂O，再加入氫氧化鈉溶液至5V₀，圖象分析可知生成沉淀增多至最大，反應為Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，消耗氫氧化鈉溶液3V₀，繼續(xù)加入氫氧化鈉，沉淀量不變，說明氫氧化鈉和溶液中的銨根離子反應，NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O，消耗氫氧化鈉溶液3V₀，繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀開始溶解，到加入10V₀氫氧化鈉溶液，沉淀全部溶解，發(fā)生的反應為Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氫氧化鈉V₀；依據(jù)定量關系分析判斷離子存在情況和離子物質的量之比；
②沉淀減少是氫氧化鋁與過量的氫氧化鈉反應生成可溶性偏鋁酸鈉．
（2）還原性：I^-＞Br^-，加入氯氣5.6L時溶液中I^-amol，則說明通入5.6L Cl₂只發(fā)生：Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，5.6L變成11.2L，消耗5.6L Cl₂的物質的量為$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，發(fā)生Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-、Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^-，結合離子反應方程式計算．

解答 解：（1）①根據(jù)圖象，開始加入NaOH沒有沉淀和氣體產(chǎn)生，則一定有H⁺；
由離子共存可知，一定不含有CO₃^2-、AlO₂^-，開始加入2V₀無沉淀生成說明發(fā)生的反應是：H⁺+OH^-═H₂O，后來有沉淀產(chǎn)生且最后消失，則一定沒有Mg²⁺、Fe³⁺，有Al³⁺；
再加入氫氧化鈉溶液至5V₀，圖象分析可知生成沉淀增多至最大，反應為Al³⁺+3OH^-═Al（OH）₃↓，消耗氫氧化鈉溶液3V₀，
繼續(xù)加入氫氧化鈉，沉淀量不變，說明氫氧化鈉和溶液中的銨根離子反應，NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O，消耗氫氧化鈉溶液3V₀，
繼續(xù)加入氫氧化鈉溶液，沉淀開始溶解，到加入10V₀氫氧化鈉溶液，沉淀全部溶解，發(fā)生的反應為Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氫氧化鈉V₀；
沉淀的質量不變，反應為NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O的反應，則有NH₄⁺；
圖中反應現(xiàn)象無法確定是否含K⁺；綜上所述一定含有H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，物質的量之比=2V₀：3V₀：V₀=2：3：1，
故答案為：H⁺、NH₄⁺、Al³⁺；2：3：1；CO₃^2-、AlO₂^-；
②沉淀減少是氫氧化鋁與過量的氫氧化鈉反應生成可溶性偏鋁酸鈉，離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O，故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂$_2^-$+2H₂O；
（2）①由于還原性：I^-＞Br^-，加入氯氣5.6L時溶液中I^-xmol，Cl₂的物質的量為$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，
Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，
0.25 0.5
消耗n（I^-）=2×0.25mol=0.5mol，生成n（Cl^-）=2×0.25mol=0.5mol，此時n（Br^-）=3.0mol，則說明原溶液中n（Br^-）=3.0mol；
5.6L變成11.2L，消耗Cl₂的物質的量為$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，發(fā)生：Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^-，Br^-消耗3.0-2.6=0.4mol，需要氯氣0.2mol，
    Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^- 
    0.2mol  0.4mol           
   Cl₂ +2I^-═I₂+2Cl^- 
   0.05mol 0.1mol
則x=0.1mol，所以原溶液中：
n（I^-）=0.5mol+0.1mol=0.6mol，
n（Cl^-）=2.5mol-0.5mol=2mol，
n（Cl^-）：n（Br^-）：n（I^-）=2：3：0.6=10：15：3，
故答案為：10：15：3；
②當通入Cl₂的體積達到11.2L時，碘離子均被氧化，溴離子部分氧化，由電子、電荷守恒可知離子反應為5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂，
故答案為：5Cl₂+6I^-+4Br^-=10Cl^-+3I₂+2Br₂．

點評 本題綜合考查離子反應，為高考常見題型，側重于學生的分析能力考查，注意②中反應的先后順序為解答的關鍵，題目難度中等．