Question

10．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-、CO32-、NO3-、SO42-、SiO32-

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NO₃^-　SO₄^2-，一定不含有的陽離子是Ba²⁺；
（2）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：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（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+OH^-=AlO₂^-+NH₃+N₂+16Al+9NO₃^-+7OH^-=16AlO₂^-+NH₃↑+4N₂↑+2H₂O
該反應(yīng)的還原產(chǎn)物是NH₃、N₂．
若除去0.2mol X離子，要消耗鋁9.6g．

Answer 1

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⁺；
（2）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：16Al+9NO₃^-+7OH^-=16AlO₂^-+NH₃↑+4N₂↑+2H₂O；NH₃、N₂； 9.6g．

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，熟練掌握離子共存的條件及離子性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．