Question

某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子．称取两份质量均为45.3g的该结晶水合物，分别制成溶液．向其中一份逐滴加入NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多，一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，加热后共计可收集到2.24L该气体（标准状况），最后白色沉淀逐渐减少并最终消失；另一份逐滴加入Ba（OH）₂溶液，开始现象类似，但最终仍有白色沉淀，过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6g．请回答以下问题：
（1）该结晶水合物中含有的两种阳离子和一种阴离子是

 

．
（2）试通过计算确定该结晶水合物的化学式

 

．
（3）写出加入过量的Ba（OH）₂溶液发生的离子反应方程式：

 

；
（4）假设过程中向该溶液中加入的Ba（OH）₂溶液的物质的量浓度为2.0mol?L^-1．则加入

 

mL Ba（OH）₂溶液时，所得沉淀的总物质的量最大．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算

专题：计算题

分析：（1）能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气，证明铵根离子的存在，白色溶于氢氧化钠的沉淀是氢氧化铝，和Ba（OH）₂溶液反应生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸钡；
（2）根据电荷守恒和原子守恒来计算回答；
（3）NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和过量的Ba（OH）₂ 反应生成硫酸钡沉淀、偏铝酸钠、一水合氨；
（4）将Ba（OH）₂溶液逐渐滴加入到明矾溶液中，当Al³⁺完全沉淀时，离子方程式为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓；当SO₄^2-完全沉淀时，离子方程式为：Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-=2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O，所以沉淀的总物质的量最大应为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓．

解答： 解：（1）一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6g，说明含有硫酸根离子；加入NaOH溶液，一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体是氨气，证明一定含有铵根离子；向其中一份逐滴加入NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多，最后白色沉淀逐渐减少并最终消失，证明一定含有铝离子，
故答案为：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（2）由题中信息可知45.3g的该结晶水合物中：n（SO₄^2-）=

46.6g

233g/mol

=0.2mol，n（NH₄⁺）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1 mol，根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-）可得：n（Al³⁺）=

1

3

×（2×0.2mol-0.1 mol）=0.1 mol，n（H₂O）=

45.3g-0.1mol×27g/mol-0.1mol×18g/mol-0.2mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，该结晶水合物中：n（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，所以，该结晶水合物的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]，
故答案为：NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；
（3）NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和过量的Ba（OH）₂ 反应生成硫酸钡沉淀、偏铝酸钠、一水合氨，反应的离子方程式为：NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+5OH^-=2BaSO₄↓+NH₃?H₂O+AlO₂^-+2H₂O；
故答案为：NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+5OH^-=2BaSO₄↓+NH₃?H₂O+AlO₂^-+2H₂O；
（4）假设为明矾（KAl（SO₄）₂）为1mol，当Al³⁺完全沉淀时，离子方程式为2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓，沉淀的物质的量为5mol，当SO₄^2-完全沉淀时，离子方程式为Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-=2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O，沉淀的物质的量为2mol，所以沉淀的总物质的量最大应为：2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^-=3BaSO₄↓+2Al（OH）₃↓，45.3g的该结晶水合物中：n（Al³⁺）=

1

3

×（2×0.2mol-0.1 mol）=0.1 mol，所以需Ba（OH）₂的物质的量为0.1mol×

1

2

×3=0.15mol，C×V=n，0.15mol=2.0mol?L^-1×V，V=0.075mL=75mL，
故答案为：75．

点评：本题考查离子的检验和推断、离子方程式的书写，题目难度中等，注意从守恒的角度推断结晶水合物的化学式，注意掌握离子方程式的书写原则，正确判断反应物离子的过量情况是书写离子方程式的关键．