Question

3．某混合溶液中可能含有的離子如下表所示：

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(zhì)的量（n）與加入氫氧化鈉溶液的體積（V）的關(guān)系如圖所示．
①該溶液中一定不存在的陽離子是Mg²⁺、Fe³⁺、Ag⁺，一定不存在的陰離子是CO₃^2-、AlO₂^-；含有的陽離子其對應(yīng)物質(zhì)的量濃度之比為H⁺、NH₄⁺、Al³⁺為2：3：1；
②請寫出沉淀減少過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+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(zhì)的量與通入Cl₂的體積（標準狀況）的關(guān)系如下表所示，分析后回答下列問題：

Cl2的體積（標準狀況）	11.2L	22.4L	28.0L
n（Cl-）	2.5mol	3.5mol	4.0mol
n（Br-）	3.0mol	2.5mol	2.0mol
n（I-）	x mol	0	0

①當起始至通入Cl₂的體積為22.4L時，溶液中發(fā)生反應(yīng)總的離子方程式為4Cl₂+2Br^-+6I^-=8Cl^-+Br₂+3I₂；
②原溶液中Cl^-、Br^-、I^-的物質(zhì)的量濃度之比為1：2：1．

Answer 1

分析 （1）①開始加入2V₀無沉淀生成說明發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，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9V₀氫氧化鈉溶液，沉淀全部溶解，發(fā)生的反應(yīng)為Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氫氧化鈉V₀；依據(jù)定量關(guān)系分析判斷離子存在情況和離子物質(zhì)的量之比；
②沉淀減少是因為Al（OH）₃溶于NaOH溶液；
（2）還原性：I^-＞Br^-，加入氯氣11.2L時先與I^-反應(yīng)，反應(yīng)后溶液中還有I^-xmol，則說明通入11.2LCl₂只發(fā)生：Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，Br^-沒有反應(yīng)，則原溶液中Br^-為2.5mol；根據(jù)氯氣的物質(zhì)的量求出生成的氯離子的物質(zhì)的量，即可求出原溶液中Cl^-的物質(zhì)的量；
氯氣由11.2L變成22.4L，Br^-的物質(zhì)的量減小，發(fā)生：Cl₂ +2Br^-═Br₂+2Cl^-，Cl₂+2I^-═I₂+2Cl^-，根據(jù)Br^-的變化值求出參加反應(yīng)的氯氣，再求出與I^-反應(yīng)的氯氣的物質(zhì)的量，以及I^-的物質(zhì)的量；根據(jù)物質(zhì)的量之比等于計量數(shù)之比寫出方程式．

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(yīng)是：H⁺+OH^-═H₂O，后來有沉淀產(chǎn)生且最后消失，則一定沒有Mg²⁺、Fe³⁺、Ag⁺，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(yīng)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(yīng)，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9V₀氫氧化鈉溶液，沉淀全部溶解，發(fā)生的反應(yīng)為Al（OH）₃+OH^-═AlO₂^-+H₂O，消耗氫氧化鈉V₀；
沉淀的質(zhì)量不變，反應(yīng)為NH₄⁺+OH^-?NH₃•H₂O的反應(yīng)，則有NH₄⁺；
圖中反應(yīng)現(xiàn)象無法確定是否含K⁺；綜上所述一定不存在的陽離子為Mg²⁺、Fe³⁺、Ag⁺；一定不存在的陰離子是CO₃^2-、AlO₂^-；一定存在的陽離子是H⁺、NH₄⁺、Al³⁺，物質(zhì)的量之比=2V₀：3V₀：V₀=2：3：1，
故答案為：Mg²⁺、Fe³⁺、Ag⁺；CO₃^2-、AlO₂^-；H⁺、NH₄⁺、Al³⁺為2：3：1；
②沉淀減少是因為Al（OH）₃溶于NaOH溶液生成偏鋁酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（2）①當通入Cl₂的體積為11.2 L時，溶液中I^-還有剩余，即氯氣只與I^-反應(yīng)：Cl₂+2I^-=I₂+2Cl^-，生成1mol Cl^-，Cl^-初始物質(zhì)的量是（2.5-1）mol=1.5 mol；
由表中數(shù)據(jù)可知：Br^-初始物質(zhì)的量是3 mol，當通入Cl₂ 22.4 L即1mol時，被氧化的Br^-物質(zhì)的量為：n（Br^-）=3.0 mol-2.5 mol=0.5 mol，
由反應(yīng)Cl₂+2Br^-=Br₂+2Cl^-可知，消耗n（Cl₂）=$\frac{1}{2}$n（Br^-）=0.25 mol，
所以Cl₂+2I^-=I₂+2Cl^-中反應(yīng)消耗的Cl₂為：1 mol-0.25 mol=0.75 mol，因此原溶液中的I^-為：n（I^-）=2×n（Cl₂）=0.75 mol×2=1.5 mol，
則通入Cl₂ 22.4 L時，參加反應(yīng)的Cl₂、Br^-、I^-物質(zhì)的量之比為：1 mol：0.5 mol：1.5 mol=2：1：3=4：2：6，故離子方程式為4Cl₂+2Br^-+6I^-=8Cl^-+Br₂+3I₂；
故答案為：4Cl₂+2Br^-+6I^-=8Cl^-+Br₂+3I₂；
②由①分析可知：原溶液中的Cl^-、Br^-、I^-的物質(zhì)的量濃度之比為1.5mol：3mol：1.5mol=1：2：1，故答案為：1：2：1．

點評 本題考查物質(zhì)含量的測定，題目涉及離子的判斷和計算、圖標數(shù)據(jù)分析的方法和反應(yīng)實質(zhì)，題目難度中等，注意根據(jù)離子的還原性以及表中數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)的程度，結(jié)合方程式計算，側(cè)重于學生的分析能力考查．