Question

2012年3月21 日是第二十届“世界水日”，保护水资源，从我做起！
（1）KMnO₄、双氧水、活性炭常用于饮用水的处理，但三者在联合使用时必须有先后顺序．
①氧化反应：H₂O₂-2eˉ→2H⁺+O₂↑
还原反应：MnO₄ˉ+5eˉ+8H⁺→Mn²⁺+4H₂O
写出该反应的化学方程式

 

．
②在处理饮用水时，活性炭应在高锰酸钾反应结束后投放，否则会发生KMnO₄+C+H₂O→MnO₂+X+K₂CO₃（未配平），其中X的化学式为

 

．
（2）某无色废水中可能含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Na⁺、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-离子中的几种，为分析其成分，分别取废水样品100mL，进行了三组实验，其操作和有关想象如图1所示：
请根据图1、2回答下列问题：
①溶液中一定存在的阳离子是

 

．它们物质的量分别是

 

．
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

 

．
③试确定NO₃^-是否存在？

 

（填“存在”、“不存在”、“不确定”），若存在，则c（NO₃^-）=

 

 （若不存在，此问不必作答）．

Answer 1

考点：无机物的推断,离子方程式的书写,氧化还原反应

专题：氧化还原反应专题,离子反应专题

分析：（1）①酸性条件下KMnO₄与H₂O₂发生氧化还原反应生成O₂和Mn²⁺；
②C被氧化为+4价化合物，结合质量守恒、得失电子守恒配平方程式可确定X；
（2）根据实验①确定无Na⁺，根据实验②确定有SO₄^2-，根据实验③和图2确定有Al³⁺和Mg²⁺，生成白色沉淀，则不含Fe³⁺，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（Fe²⁺），再根据电荷守恒确定有没有NO₃^-．

解答： 解：（1）①由氧化反应和含有反应可知酸性条件下KMnO₄与H₂O₂发生氧化还原反应生成O₂和Mn²⁺，结合电子守恒可知反应的化学方程式为5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+5O₂↑+8H₂O，
故答案为：5H₂O₂+2KMnO₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+2MnSO₄+5O₂↑+8H₂O；
②已知KMnO₄+C+H₂O→MnO₂+X+K₂CO₃，反应中Mn元素化合价由+7价降低到+4价，C元素化合价由0价升高到+4价，则有4KMnO₄+3C+H₂O→4MnO₂+X+K₂CO₃，由质量守恒可知X应含有C、K、H、O等元素，应为KHCO₃，
故答案为：KHCO₃；
（2）①由图2可知，A→B段发生反应为Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，消耗n（NaOH）=0.005mol，则n（Al³⁺）=n（Al（OH）₃）=0.005mol，
O→A段发生：Al（OH）₃ +OH^-=AlO₂^-+2H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，则生成沉淀消耗NaOH的物质的量为3n（Al³⁺）+2n（Mg²⁺）=0.035mol，
则n（Mg²⁺）=

0.035mol-3×0.005mol

2

=0.001mol，
故答案为：Al³⁺、Mg²⁺； Al³⁺ 0.005 mo1、Mg²⁺0.001 mo1；
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，答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
③已知硫酸钡沉淀为2.33g，则n（SO₄^2-）=

2.33g

233g/mol

=0.01mol，
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^-）═

0.015mol

0.1L

=0.15mol/L，
故答案为：存在； 0.15 mo1/L．

点评：本题考查较为综合，涉及氧化还原反应以及离子的检验和计算能问题，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握题给信息，结合离子方程式计算该题，难度中等．