Question

【题目】I.工厂采用含硫酸和氢氟酸的溶液作为矿物中稀有元素的萃取液，生产要求该萃取液中硫酸的浓度为3 mol/L，氢氟酸的浓度为8 mol/L。现有一批回收酸液共400 L，经测定其中氢氟酸浓度为12 mol/L，硫酸的浓度为1 mol/L。现要用此回收酸液配制上述萃取液,在400 L回收酸液中加入________________L(小数点后保留一位有效数字)密度为1.84 g/cm3、浓度为98％的浓硫酸，然后 ________，即可得到符合要求的萃取液。

II.某混合溶液中可能大量含有的离子如下表所示：

阳离子	H＋、K＋、Al3＋、NH4+、Mg2＋
阴离子	Cl－、OH－、CO32-、AlO2-

为探究其成分，某同学将Na2O2逐渐加入到上述混合溶液中并微热，产生沉淀和气体的物质的量与加入Na2O2的物质的量的关系分别如图所示。

(1)该溶液中一定含有的阳离子是____________________，其对应物质的量浓度之比为___________________________，溶液中一定不存在的阴离子是_________________________。

(2)写出沉淀减少的离子方程式_____________________。

Answer 1

【答案】76.1 加水稀释至600L H＋、Al3＋、NH4+ 、Mg2＋ 2:2:2:3 OH－、CO32-、AlO2- Al(OH)3+OH－=== AlO2- +2H2O

【解析】

I.设稀释后溶液体积为V，根据稀释定律，稀释前后HF的物质的量不变，据此计算稀释后溶液的体积；

符合萃取液要求，应保证硫酸、氢氟酸的浓度分别为3mol·L－1、8mol·L－1，根据氢氟酸的浓度可知加入浓硫酸，再加水稀释后溶液的体积，设需加浓硫酸的体积为x，根据H2SO4物质的量守恒，列方程计算．

II.（1）根据生成的沉淀总物质的量最大量为5mol、最终得到3mol可知，最终得到的沉淀为3mol氢氧化镁沉淀，溶解的2mol沉淀为氢氧化铝；根据气体的物质的量最后有增加可知，增加的气体为氨气，溶液中一定存在铵离子；根据开始加入过氧化钠时没有沉淀生成，说明原溶液中存在氢离子，根据题中数据计算出氢离子的物质的量；

（2）沉淀中氢氧化铝沉淀能够与氢氧化钠溶液反应而导致沉淀减少，据此写出反应的离子方程式．

I.设稀释后溶液体积为V，根据稀释定律，稀释前后HF的物质的量不变，则有：8mol·L－1×V=12mol·L－1×400L，解得V=600L；

符合萃取液要求，应保证硫酸、氢氟酸的浓度分别为3mol·L－1、8mol·L－1，根据氢氟酸的浓度可知可知加入浓硫酸，再加水稀释后溶液的体积为600L，

设需加浓硫酸的体积为x，根据H2SO4物质的量守恒，则有：

x×1.84g·cm-3×98%/98g·mol－1+400L×1mol·L-1=600L×3mol·L-1，解得x=7.61×104 mL=76.1L。

II.（1）根据图象中沉淀先增加后部分溶解可知：溶液中一定含有：Mg2＋和Al3＋，所以一定不含CO32－、AlO2－，并且含有镁离子的物质的量为3mol，氢氧化铝和氢氧化镁沉淀一共是5mol，根据元素守恒，所以含有铝离子的物质的量2mol；

加入8mol过氧化钠会生成4mol氧气，而图象中生成了6mol气体，说明生成的气体除了过氧化钠和溶液反应生成的氧气之外，还一定有2mol其他气体生成，而只能是氨气，所以一定含有2mol铵根离子，所以一定不含有氢氧根离子；图象中加入过氧化钠的物质的量在0～amol之间时，没有沉淀生成，所以溶液中含有H＋，由于加入8mol过氧化钠时生成的沉淀达到最大量5mol，8mol过氧化钠会生成16mol氢氧化钠，而生成2mol氢氧化铝、3mol氢氧化镁、2mol氨气消耗的氢氧化钠为：2mol×3+3mol×2+2mol=14mol，所以有2mol氢氧化钠与氢离子反应，氢离子的物质的量为2mol；

并且物质的量为2mol，溶液中一定还含有阴离子，可能为氯离子，钾离子不能确定是否存在，

根据电荷守恒：所以n（H＋）+3n（Al3＋）+n（NH4＋）+2n（Mg2＋）≤2n（SO42－），所以氯离子物质的量≥16mol，即：

离子种类 H＋ Al3＋ NH4＋ Mg2＋ Cl－

物质的量（mol）2 2 2 3 ≥16

所以溶液中一定存在的阳离子为：H＋、Al3＋、NH4＋、Mg2＋；含有的阳离子的物质的量之比为：n（H＋）：n（Al3＋）：n（NH4＋）：n（Mg2＋）=2：2：2：3；溶液中一定不存在的阴离子为：OH－、CO32－、AlO2－，

故答案为：H＋、Al3＋、NH4＋、Mg2＋；2：2：2：3；OH－、CO32－、AlO2－；

（2）生成的沉淀为氢氧化镁和氢氧化铝，其中氢氧化铝能够与氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式为：Al（OH）3+OH－═AlO2－+2H2O。