Question

5．一位同學在復習時遇到這樣一道習題：某無色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入鋁粉后，只產生H₂，問該無色溶液中能大量存在哪幾種離子．
（1）加入鋁粉產生H₂，說明鋁具有還原性（填“氧化性”或“還原性”）．
（2）該同學分析：若H⁺大量存在，則NO3^-就不能大量存在．
設計實驗證實如下：

裝置	現(xiàn)象
	ⅰ．實驗初始，未見明顯現(xiàn)象 ⅱ．過一會兒，出現(xiàn)氣泡，液面上方呈淺棕色 ⅲ．試管變熱，溶液沸騰

①鹽酸溶解Al₂O₃薄膜的離子方程式是6H⁺+Al₂O₃=2Al³⁺+3H₂O．
②根據現(xiàn)象ⅱ，推測溶液中產生了NO，為進一步確認，進行如下實驗：

實 驗	內 容	現(xiàn) 象
實驗1	將濕潤KI-淀粉試紙置于空氣中	未變藍
實驗2	用濕潤KI-淀粉試紙檢驗淺棕色氣體	試紙變藍

a．淺棕色氣體是NO₂．
b．實驗1的目的是對比實驗，排除氧氣使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍的可能．
c．實驗1、2說明反應生成了NO，將生成NO的離子方程式補充完整：
1Al+1NO₃^-+4H⁺═1Al₃⁺+1NO↑+2H₂O．
（3）再假設：若OH^-大量存在，NO₃^-也可能不能大量存在．
重新設計實驗證實如下：

裝置	現(xiàn)象
	ⅰ．實驗初始，未見明顯現(xiàn)象 ⅱ．過一會兒，出現(xiàn)氣泡，有刺激性氣味

為確認“刺激性氣味”氣體，進行如下實驗：用濕潤KI-淀粉試紙檢驗，未變藍；用濕潤紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍．
①刺激性氣味的氣體是NH₃．
②產生該氣體的離子方程式是8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O=3NH₃↑+8AlO₂^-．
（4）在NaOH溶液中加入鋁粉，結果只檢驗出有H₂生成，其化學方程式是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（5）實驗結果證實：NO₃?在酸、堿性環(huán)境中都有一定的氧化性，能氧化鋁單質，產生含氮化合物．習題中的無色溶液一定能大量存在的是Na⁺和OH^-．

Answer 1

分析 無色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入鋁粉后，只產生H₂，因硝酸具有強氧化性，則無色溶液應為NaOH溶液，
（1）加入鋁粉產生H₂，Al失去電子，H得到電子；
（2）①鹽酸與氧化鋁反應生成氯化鋁和水；
②液面上方呈淺棕色，一定不是氫氣，為氮的氧化物，由將濕潤KI-淀粉試紙置于空氣中未變藍，說明KI在空氣中不能被氧化，而用濕潤KI-淀粉試紙檢驗淺棕色氣體試紙變藍，則KI被氧化，即二氧化氮與水反應生成硝酸，再氧化碘離子生成碘單質；Al與H⁺、NO₃^-發(fā)生氧化還原反應生成硝酸鋁、NO和水；
（3）用濕潤KI-淀粉試紙檢驗，未變藍；用濕潤紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍，則氣體為氨氣，堿性條件下Al與NO₃^-發(fā)生氧化還原反應生成氨氣；
（4）NaOH溶液中加入鋁粉，結果只檢驗出有H₂生成，即反應生成偏鋁酸鈉和氫氣．

解答 解：無色溶液中可能含有“H⁺、OH^-、Na⁺、NO₃^-”，加入鋁粉后，只產生H₂，因硝酸具有強氧化性，則無色溶液應為NaOH溶液，
（1）加入鋁粉產生H₂，Al失去電子，H得到電子，則Al為還原劑，具有還原性，故答案為：還原性；
（2）①鹽酸與氧化鋁反應生成氯化鋁和水，該離子反應為6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O，故答案為：6H⁺+Al₂O₃═2Al³⁺+3H₂O；
②液面上方呈淺棕色，一定不是氫氣，為氮的氧化物，由將濕潤KI-淀粉試紙置于空氣中未變藍，說明KI在空氣中不能被氧化，而用濕潤KI-淀粉試紙檢驗淺棕色氣體試紙變藍，則KI被氧化，即二氧化氮與水反應生成硝酸，再氧化碘離子生成碘單質，
a．由上述分析可知，淺棕色氣體是NO₂，故答案為：NO₂；
b．實驗1的目的是對比實驗，排除氧氣使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍的可能，故答案為：對比實驗，排除氧氣使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍的可能；
c．Al與H⁺、NO₃^-發(fā)生氧化還原反應生成硝酸鋁、NO和水，離子反應為Al+NO₃^?+4H⁺═Al³⁺+NO↑+2H₂O，故答案為：1；1；4；H⁺；1；1；2；H₂O；
（3）①用濕潤KI-淀粉試紙檢驗，未變藍；用濕潤紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍，則氣體為NH₃，故答案為：NH₃；
②由上述分析可知，堿性條件下Al與NO₃^-發(fā)生氧化還原反應生成氨氣，離子反應為8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O═3NH₃↑+8AlO₂^-，
故答案為：8Al+3NO₃^-+5OH^-+2H₂O═3NH₃↑+8AlO₂^-；
（4）NaOH溶液中加入鋁粉，結果只檢驗出有H₂生成，即反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．

點評 本題考查物質中的成分及性質，為高頻考點，把握實驗方案的設計及發(fā)生的氧化還原反應為解答的關鍵，注意設計思路與物質性質的關系，側重實驗學生分析能力、綜合應用能力的考查，較好考查學生實驗基本技能，題目難度中等．