Question

（2011?杭州一模）某結(jié)晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子．稱取兩份質(zhì)量均為45.3g的該結(jié)晶水合物，分別制成溶液．向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多；一段時(shí)間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，加熱后共計(jì)可收集到2.24L該氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）；最后白色沉淀逐漸減少并最終消失．另一份逐滴加入Ba（OH）₂溶液，開始現(xiàn)象類似，但最終仍有白色沉淀；過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g．
請(qǐng)回答以下問題：
（1）該結(jié)晶水合物中含有的兩種陽離子是：

NH₄⁺

和

Al³⁺

．
（2）試通過計(jì)算確定該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為

NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]

．
（3）假設(shè)過程中向該溶液中加入的Ba（OH）₂溶液的物質(zhì)的量濃度為2.0mol?L^-1．
①加入Ba（OH）₂溶液后，若所得沉淀的總物質(zhì)的量最大，則反應(yīng)的離子方程式為

NH₄⁺+Al³⁺+4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2-=2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+NH₃．H₂O

．
②若加入75mL的Ba（OH）₂溶液，則得到的沉淀質(zhì)量為

42.75

g．

Answer 1

分析：（1）能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體是氨氣，證明銨根離子的存在，白色溶于氫氧化鈉的沉淀是氫氧化鋁，和Ba（OH）₂溶液反應(yīng)生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸鋇；
（2）根據(jù)電荷守恒和原子守恒來計(jì)算回答；
（3）①根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)的先后順序確定離子反應(yīng)方程式；
②n（Ba（OH）₂）=2.0mol/L×0.075L=0.15mol，根據(jù)反應(yīng)方程式中氫氧化鋇和硫酸鋇、氫氧化鋁之間的關(guān)系式計(jì)算沉淀質(zhì)量．

解答：解：（1）一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g，說明含有硫酸根離子；加入NaOH溶液，一段時(shí)間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，該氣體是氨氣，證明一定含有銨根離子；向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多，最后白色沉淀逐漸減少并最終消失，證明一定含有鋁離子，故答案為：NH₄⁺；Al³⁺；
（2）由題中信息可知45.3g的該結(jié)晶水合物中：n（SO₄^2-）=

4.66

233

mol=0.02mol，n（NH₄⁺）=

2.24

22.4

mol=0.1mol，根據(jù)離子化合物中陰、陽離子電荷平衡的原理：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×(27+18)g/mol-0.2mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，所以，1.96g的該結(jié)晶水合物中：m（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，
該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]，
答：NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；
（3）①根據(jù)反應(yīng)的先后順序，開始階段是氫氧化鈉和鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀階段，然后是銨根離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉的階段，當(dāng)NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O和氫氧化鋇的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，兩者恰好反應(yīng)生成硫酸鋇、氫氧化鋁和一水合氨，此時(shí)生成沉淀量最大，離子反應(yīng)方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2-=2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+NH₃．H₂O，故答案為：NH₄⁺+Al³⁺+4OH^-+2Ba²⁺+2SO₄^2-=2BaSO₄↓+Al（OH）₃↓+NH₃．H₂O；
②45.3g晶體的物質(zhì)的量=

45.3g

453g/mol

=0.1mol，n（Ba（OH）₂）=2.0mol/L×0.075L=0.15mol，n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）=0.1mol：0.15mol=

2

3

＞

1

2

，所以氫氧化鋇不足量，根據(jù)原子守恒知，生成n（BaSO₄）=n（Ba（OH）₂）=0.15mol，生成n（Al（OH）₃）=

2

3

n（Ba（OH）₂）=0.1mol，所以沉淀的質(zhì)量=0.15mol×233g/mol+0.1mol×78g/mol=34.95g+7.8g=42.75g，故答案為：42.75．

點(diǎn)評(píng)：本題考查離子的檢驗(yàn)和推斷，題目難度中等，注意從守恒的角度推斷結(jié)晶水合物的化學(xué)式，注意（3）②中要進(jìn)行過量計(jì)算，為易錯(cuò)點(diǎn)．