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4.某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子.称取两份质量均为45.3g的该结晶水合物,分别制成溶液.向其中一份逐滴加入NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多;一段时间后有气体逸出,该气体有刺激性气味,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,加热后共计可收集到2.24L该气体(标准状况);最后白色沉淀逐渐减少并最终消失.另一份逐滴加入2.0mol•L-1Ba(OH)2溶液,开始现象类似,但最终仍有白色沉淀;过滤,用稀硝酸处理沉淀物,经洗涤和干燥,得到白色固体46.6g.
请回答以下问题:
(1)该结晶水合物中含有的两种阳离子
(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式
(3)试通过计算确定若只加入75mL的Ba(OH)2溶液,得到的沉淀质量.

分析 (1)能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气,证明铵根离子的存在,白色溶于氢氧化钠的沉淀是氢氧化铝,和Ba(OH)2溶液反应生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸钡;
(2)根据电荷守恒和原子守恒来确定该结晶水合物的化学式;
(3)n(Ba(OH)2)=2.0mol/L×0.075L=0.15mol,根据反应方程式中氢氧化钡和硫酸钡、氢氧化铝之间的关系式计算沉淀质量.

解答 解:(1)一份加入足量Ba(OH)2溶液,生成白色沉淀,过滤,用稀硝酸处理沉淀物,经洗涤和干燥,得到白色固体46.6g,说明含有硫酸根离子;加入NaOH溶液,一段时间后有气体逸出,该气体有刺激性气味,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体是氨气,证明一定含有铵根离子;向其中一份逐滴加入NaOH溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多,最后白色沉淀逐渐减少并最终消失,证明一定含有铝离子,
答:该结晶水合物中含有的两种阳离子为NH4+、Al3+
(2)由题中信息可知45.3g的该结晶水合物中:n(SO42-)=$\frac{46.6g}{233g/mol}$=0.2mol,n(NH4+)=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol,根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理:n(NH4+)+3n(Al3+)=2n(SO42-)可得:n(Al3+)=$\frac{1}{3}$(2×0.2mol-0.1 mol)=0.1 mol,
则含有结晶水的物质的量为:n(H2O)=$\frac{45.3g-0.1mol×(27+18)g/mol-0.2mol×96g/mol}{18g/mol}$=1.2mol,
所以1.96g的该结晶水合物中:m(NH4+):n(Al3+):n(SO42-):n(H2O)=0.1mol:0.1mol:0.2mol:1.2mol=1:1:2:12,
故该结晶水合物的化学式为:NH4Al(SO42•12H2O[或(NH42SO4•Al2(SO43•24H2O],
答:该结晶水合物的化学式为NH4Al(SO42•12H2O[或(NH42SO4•Al2(SO43•24H2O];
(3)45.3g晶体的物质的量为:$\frac{45.3g}{453g/mol}$,n(Ba(OH)2)=2.0mol/L×0.075L=0.15mol,n(NH4Al(SO42):n(Ba(OH)2)=0.1mol:0.15mol=$\frac{2}{3}$>$\frac{1}{2}$,所以氢氧化钡不足量,根据原子守恒知,生成硫酸钡沉淀的物质的量为:n(BaSO4)=n(Ba(OH)2)=0.15mol,生成n(Al(OH)3)=$\frac{2}{3}$n(Ba(OH)2)=0.1mol,
所以沉淀的质量为:0.15mol×233g/mol+0.1mol×78g/mol=34.95g+7.8g=42.75g,
答:若只加入75mL的Ba(OH)2溶液,得到的沉淀质量为42.75.

点评 本题考查了复杂化学式确定的计算,题目难度中等,注意从守恒的角度推断结晶水合物的化学式,注意(3)中要进行过量计算,为易错点,试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力.

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