Question

某結晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子．稱取兩份質量均為45.3g的該結晶水合物，分別制成溶液．向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發現溶液中出現白色沉淀并逐漸增多；繼續滴加NaOH溶液，發現沉淀量保持不變，稍加熱，有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，一段時間后共計可收集到2.24L該氣體（標準狀況）；再滴加NaOH溶液，發現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，開始現象類似，但最終仍有白色沉淀；過濾，用過量稀鹽酸處理沉淀物，經洗滌和干燥，得到白色固體46.6g．
請回答以下問題：
（1）試通過計算確定該結晶水合物的化學式．
（2）假設過程中向該溶液中加入的NaOH溶液的物質的量濃度為5mol?L^-1，請在圖中畫出生成沉淀的物質的量與加入NaOH溶液體積的關系示意圖．

Answer 1

分析：（1）能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體是氨氣，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溶液反應生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸鋇，然后根據電荷守恒和原子守恒來計算回答；
（2）根據反應發生的先后順以及消耗堿的量情況來回答．

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，經洗滌和干燥，得到白色固體46.6g，說明含有SO₄^2-離子；
加入NaOH溶液，一段時間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，該氣體是氨氣，證明一定含有NH₄⁺；
向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發現溶液中出現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Al³⁺離子，故答案為：NH₄⁺；Al³⁺；SO₄^2-；
由題中信息可知45.3g的該結晶水合物中：n（SO₄^2-）=

46.6g

233g/mol

=0.2mol，n（NH₄⁺）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1 mol，根據離子化合物中陰、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×27g/mol-0.1mol×18g/mol-0.2mol×96g/mol

18g/mol

=1.2mol，
所以1.96g的該結晶水合物中：m（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，
該結晶水合物的化學式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]，
答：結晶水合物的化學式為NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；
（2）根據反應的先后順序，開始階段是氫氧化鈉和鋁離子反應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生成氨氣和水的階段，最后是氫氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉的階段，結合Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，NH₄⁺～OH^-，Al（OH）₃↓～OH^-～[Al（OH）₄]^-，所以三個階段分別消耗的氫氧化鈉的物質的量之比為：3：1：1，
即，故答案為：．

點評：本題考查復雜化學式的確定、離子的檢驗和推斷，題目難度中等，注意掌握復雜化學式的確定方法，能夠從守恒的角度推斷結晶水合物的化學式，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．