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45.3g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46.6g．请回答以下问题：
（1）该结晶水合物中含有的两种阳离子是

NH₄⁺

和

Al³⁺

，阴离子是

SO₄^2-

．
（2）试通过计算确定该结晶水合物的化学式．
（3）假设过程中向该溶液中加入的NaOH溶液的物质的量浓度为5mol?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

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计算回答；
（3）根据反应发生的先后顺以及消耗碱的量情况来回答．

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，故答案为：NH₄⁺；Al³⁺；SO₄^2-；
（2）由题中信息可知45.3g的该结晶水合物中：n（SO₄^2-）=

46.6g

233g/mol

=0.2mol，n（NH₄⁺）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1 mol，根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理：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的该结晶水合物中：m（NH₄⁺）：n（Al³⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.1mol：0.1mol：0.2mol：1.2mol=1：1：2：12，
该结晶水合物的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]，
答：结晶水合物的化学式为NH₄Al（SO₄）₂?12H₂O[或（NH₄）₂SO₄?Al₂（SO₄）₃?24H₂O]；
（3）根据反应的先后顺序，开始阶段是氢氧化钠和铝离子反应生成氢氧化铝沉淀阶段，然后是铵根离子和氢氧根离子反应生成氨气和水的阶段，最后是氢氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠的阶段，结合Al³⁺～3OH^-～Al（OH）₃↓，NH₄⁺～OH^-，Al（OH）₃↓～OH^-～[Al（OH）₄]-，所以三个阶段分别消耗的氢氧化钠的物质的量之比为：3：1：1，
即，故答案为：．

点评：本题考查离子的检验和推断，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．