Question

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45.3 g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2.24 L（标准状况）该气体；最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。另一份逐滴加入Ba(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46.6 g。

请回答以下问题：

(1)该结晶水合物中含有的两种阳离子是___________和___________，阴离子是___________。

(2)试通过计算确定该结晶水合物的化学式。

(3)假设该过程中向该溶液中加入的NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol·L^-1，请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。

Answer 1

(1)   Al³⁺ 

(2)n()=＝0.2mol

n()＝＝0.1 mol

根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理：n()+3n(Al³⁺)＝2n()可得：

n(Al³⁺)＝(2×0.2 mol-0.1 mol)＝0.1 mol?

n(H₂O)＝＝1.2 mol

    该结晶水合物的化学式为NH₄ Al (SO₄)₂·12H₂O 〔或(NH₄)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O〕

(3)?

 

解析：根据与NaOH、Ba(OH)₂反应的现象，可推知该结晶水合物含、Al³⁺、。

据46.6 g BaSO₄可计算：n()==0.2 mol，

据2.24 L NH₃可知n()=0.1 mol,

则：n(Al³⁺)= (2×0.2 mol-0.1 mol)=0.1 mol,

n(H₂O)=1.2 mol

n()∶n(Al³⁺)∶n()∶n(H₂O)=1∶1∶2∶12

故该结晶水合物化学式为NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O或(NH₄)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O。

由于加入NaOH时，Al³⁺先生成沉淀，需n(OH^-)=0.3 mol,V(NaOH)=60 mL，

然后与OH^-反应，需n(OH^-)=0.1 mol,V(NaOH)=20 mL,

最后Al(OH)₃溶解，需n(OH^-)=0.1 mol,V(NaOH)=20 mL，

据此可作出图象。