Question

（1）某無色透明的溶液，跟金屬鋁反應時放出H₂，試判斷下列離子：Mg²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、H⁺、Ag⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、OH^-、NO₃^-，在下列兩種情況下，可能存在于此溶液中的是：
①當與鋁反應后生成Al³⁺時，原溶液可能存在的離子

 

．
②當與鋁反應后生成AlO₂^-時，原溶液可能存在的離子是

 

．
（2）拉曼?光譜表明溶液中不存在AlO₂^-離子，實際存在[Al（OH）₄]^-離子，在200mL 0.2mol/L Na[Al（OH）₄]溶液中逐滴加入 0.2mol/L H₂SO₄溶液250mL，試回答：
①寫出分兩步反應的離子方程式：

 

，

 

．
②反應完全后，溶液中Al³⁺離子與SO₄^2-離子的物質的量之比為

 

．

Answer 1

分析：（1）該溶液為無色透明溶液，說明不含Cu²⁺，能和鋁反應生成氫氣，說明溶液呈酸性或堿性；
①當與鋁反應后生成Al³⁺時，說明溶液呈酸性，則和氫離子反應的離子不能存在，硝酸和鋁反應生成氮的氧化物，所以溶液中不含NO₃^-離子，含有SO₄^2-，能和SO₄^2-反應生成沉淀的陽離子不存在；    
②當與鋁反應后生成AlO₂^-時，溶液呈強堿性，則溶液中不含能和OH^-反應的離子；
（2）200mL 0.2mol/L Na[Al（OH）₄]溶液中n（Na[Al（OH）₄]）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，
0.2mol/L H₂SO₄溶液250mL中n（ H₂SO₄）=0.2mol/L×0.25L=0.05mol，
 n（Na[Al（OH）₄]）＜n（ H₂SO₄），[Al（OH）₄]^-先和酸反應生成Al（OH）₃沉淀，Al（OH）₃再和剩余的酸反應生成鋁鹽．

解答：解：（1）該溶液為無色透明溶液，說明不含Cu²⁺，能和鋁反應生成氫氣，說明溶液呈酸性或堿性；
①當與鋁反應后生成Al³⁺時，說明溶液呈酸性，則HCO₃^-、OH^-不能存在，HNO₃和Al反應生成氮的氧化物，所以溶液中不含NO₃^-離子，含有SO₄^2-，能和SO₄^2-反應生成沉淀的陽離子Cu²⁺、Ba²⁺、Ag⁺不存在，所以溶液中存在的離子是Mg²⁺、SO₄^2-、H⁺，故答案為：Mg²⁺、SO₄^2-、H⁺；    
②當與鋁反應后生成AlO₂^-時，溶液呈強堿性，則溶液中不含能和OH^-反應的離子Mg²⁺、H⁺、Ag⁺、HCO₃^-，溶液中含有鋇離子，則不含與鋇離子反應生成沉淀的硫酸根離子，所以溶液中存在的離子是Ba²⁺、OH^-、NO₃^-，故答案為：Ba²⁺、OH^-、NO₃^-；
（2）200mL 0.2mol/L Na[Al（OH）₄]溶液中n（Na[Al（OH）₄]）=0.2mol/L×0.2L=0.04mol，
0.2mol/L H₂SO₄溶液250mL中n（ H₂SO₄）=0.2mol/L×0.25L=0.05mol，n（SO₄^2-）=n（ H₂SO₄）=0.05mol，
n（H⁺）=2n（H₂SO₄）=0.1mol，
①[Al（OH）₄]^-先和酸反應生成Al（OH）₃沉淀，Al（OH）₃再和剩余的酸反應生成鋁鹽，
所以離子方程式為：[Al（OH）₄]^-+H⁺═Al（OH）₃↓+H₂O，Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3 H₂O，
故答案為：[Al（OH）₄]^-+H⁺═Al（OH）₃↓+H₂O，Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3 H₂O；
②[Al（OH）₄]^-+H⁺═Al（OH）₃↓+H₂O，
  1           1   1
 0.04mol  0.04mol 0.04mol
Al（OH）₃+3H⁺═Al³⁺+3 H₂O
1         3   1
0.02mol0.06mol0.02mol
根據以上分析知，n（SO₄^2-）=0.05mol，n（Al³⁺）=0.02mol，
所以n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）=0.02mol：0.05mol=2：5，
故答案為：2：5．

點評：本題考查了離子共存、物質的量的有關計算，注意離子共存中，酸性條件下硝酸根離子和金屬反應生成氮的化合物而不是氫氣，為易錯點，難度中等．