Question

某工業(yè)廢水中可能含有如下幾種陰陽離子：

陽離子 Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、Na⁺

陰離子 Cl^﹣、CO₃^2﹣、NO₃^﹣、SO₄^2﹣、SiO₃^2﹣

現(xiàn)對該廢水樣品進行以下研究：

Ⅰ．向試管中滴加濃鹽酸，有少量的無色氣體生成，氣體遇空氣立即變?yōu)榧t棕色；

Ⅱ．若向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．

Ⅲ．若向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成．過濾后向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成．

根據(jù)上述實驗，回答下列問題：

（1）該廢水中一定含有的陰離子是　　，一定不含有的陽離子是　；

寫出Ⅲ的所得濾液中通入過量的CO₂氣體生成白色絮狀沉淀的離子方程式（只寫這一個）：　；

（3）已知用鋁粉可以除去廢水中的一種陰離子（X）．若控制溶液的pH為10.7左右，再加入鋁粉，除去X離子的同時產(chǎn)生氨氣和氮氣，且體積比為1﹕4，完成下列反應(yīng)的離子方程式并配平：（X用具體的離子符號表示）

　　Al+　　X+　7　OH^﹣=　　AlO₂^﹣+　　NH₃+　　N₂+　2H₂O　，該反應(yīng)的還原產(chǎn)物是　．若除去0.2molX離子，要消耗鋁　　g．

（4）若將廢水中的鐵元素完全轉(zhuǎn)化成Fe³⁺，此時測得c（Fe³⁺）=1.0×10^﹣2mol•L^﹣1，要想將其轉(zhuǎn)換為Fe（OH）₃沉淀而除去，則應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH至少大于　　．（已知常溫下Fe（OH）₃的K_sp=1.0×10^﹣38）

Answer 1

考點： 常見離子的檢驗方法；氧化還原反應(yīng)；難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)．

專題： 氧化還原反應(yīng)專題；離子反應(yīng)專題；電離平衡與溶液的pH專題．

分析： Ⅰ．取原溶液加入足量鹽酸有無色氣體生成，該氣體遇空氣變成紅棕色，即為二氧化氮，那么一定含有NO₃^﹣和Fe²⁺；

Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2﹣，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸鋇；

Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，不能確定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因為亞鐵離子被硝酸氧化生成鐵離子；過濾后向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成，向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成說明含有Al³⁺，故不含CO₃^2﹣和SiO₃^2﹣，據(jù)此解答各小題即可．

解答： 解：Ⅰ．取原溶液加入足量鹽酸有無色氣體生成，該氣體遇空氣變成紅棕色，即為二氧化氮，那么一定含有NO₃^﹣和Fe²⁺；

Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2﹣，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸鋇；

Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入過量的NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，不能確定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因為亞鐵離子被硝酸氧化生成鐵離子；過濾后向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成，向所得濾液中通入過量的CO₂氣體，有白色絮狀沉淀生成說明含有Al³⁺，故不含CO₃^2﹣和SiO₃^2﹣，

（1）依據(jù)分析可知：該廢水中一定含有的陰離子是：NO₃^﹣　 SO₄^2﹣；  一定不含有的陽離子是：Ba²⁺，故答案為：NO₃^﹣、SO₄^2﹣；Ba²⁺；

偏鋁酸根與碳酸生成氫氧化鋁沉淀，離子反應(yīng)方程式為：AlO₂^﹣+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^﹣，故答案為：AlO₂^﹣+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^﹣；

（3）在此反應(yīng)中Al化合價由0價升高為+3價，N元素被還原為氨氣和氮氣，且體積比為1：4，根據(jù)元素守恒得到X應(yīng)為NO₃^﹣；反應(yīng)前有氫元素，根據(jù)元素守恒得到反應(yīng)后也應(yīng)該有氫元素，故產(chǎn)物中還有H2O；根據(jù)化合價升降相等可以得到此反應(yīng)．分析本反應(yīng)中的化合價的變化可以看到氮元素化合價降低即還原產(chǎn)物為NH₃　和 N₂；根據(jù)反應(yīng)16Al+9NO₃^﹣+7OH^﹣=16AlO₂^﹣+NH₃↑+4N₂↑+2H₂O

              16mol 9mol

             n（Al） 0.2mol，n（Al）=16×0.2/9mol，故m（Al）=9.6g，

故答案為：16、9、7、16、1、4、2 H₂O；NH₃、N₂； 9.6g；

（4）K_sp=1.0×10^﹣38=c（Fe³⁺）×c³（OH^﹣），c（Fe³⁺）=1.0×10^﹣2mol•L^﹣1，故c （OH^﹣）=1.0×10^﹣12 mol•L^﹣1，又K_W=1.0×10^﹣14，故c （H⁺）=1.0×10^﹣2 mol•L^﹣1，pH=2，故將Fe³⁺轉(zhuǎn)換為Fe（OH）₃沉調(diào)節(jié)溶液pH至少大于2，故答案為：2．

點評： 本題主要考查的是常見陽離子與陰離子的檢驗，涉及知識點：氧化還原反應(yīng)方程式的配平，溶度積常數(shù)的計算等，難度較大．