Question

某工业废水中可能含有如下几种阴阳离子：

阳离子	Fe3+、Al3+、Fe2+、Ba2+、Na+
阴离子	Cl－、CO32－、NO3－、SO42－、SiO32－

现对该废水样品进行以下研究：
Ⅰ．向试管中滴加浓盐酸，有少量的无色气体生成，气体遇空气立即变为红棕色；

Ⅱ．若向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成。

Ⅲ．若向Ⅰ所得的溶液中加入过量的NaOH溶液，有红褐色沉淀生成。过滤后向所得滤液中通入过量的CO₂气体，有白色絮状沉淀生成。

根据上述实验，回答下列问题：

（1）该废水中一定含有的阴离子是　　　　　，一定不含有的阳离子是　　　　　 ；
（2）写出Ⅲ的所得滤液中通入过量的CO₂气体生成白色絮状沉淀的离子方程式（只写这一个）：　　　　　　　　 ；

（3）已知用铝粉可以除去废水中的一种阴离子（X）。若控制溶液的pH为10.7左右，再加入铝粉，除去X离子的同时产生氨气和氮气，且体积比为1﹕4，完成下列反应的离子方程式并配平：(X用具体的离子符号表示)

Al　　 +　 X +　 OH^－　＝AlO₂^－+　 NH₃ +　 N₂ +　　　　　　　　 

该反应的还原产物是　　　　 。若除去0.2mol X离子，要消耗铝　　　　　 g。

（4）若将废水中的铁元素完全转化成Fe³⁺，此时测得c(Fe³⁺)＝1.0×10^－2mol·L^－1，要想将其转换为Fe(OH)₃沉淀而除去，则应调节溶液pH至少大于　　　　　　　　　　　 。（已知常温下Fe(OH)₃的K_sp＝1.0×10^－38）

Answer 1

【知识点】离子反应，氧化还原反应，溶度积的计算  B1  B3  H5

【答案解析】（1）NO₃^－　 SO₄^2－;   Ba²⁺
（2）AlO₂^－+CO₂+2H₂O＝Al(OH)₃↓+HCO₃^－
（3）16Al + 9NO₃^－+ 7OH^－ ＝16AlO₂^－ + NH₃↑+ 4N₂↑+ 2H₂O　；   NH₃ 、N₂　； 9.6g 

（4）2　

   解析: （1）少量的无色气体NO生成，气体遇空气立即变为红棕色NO₂，说明含有NO₃^－；加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成说明含有SO₄^2－，故不含Ba²⁺；过量的NaOH溶液，有红褐色沉淀生成说明含有Fe³⁺；向所得滤液中通入过量的CO₂气体，有白色絮状沉淀生成说明含有Al³⁺，故不含CO₃^2－和SiO₃^2－。（3）从此反应中可以看出X反应完了之后生成了NH₃和N₂，根据元素守恒得到X应为NO₃^－；反应前有氢元素，根据元素守恒得到反应后也应该有氢元素，故产物中还有H2O；根据化合价升降相等可以得到此反应。分析本反应中的化合价的变化可以看到氮元素化合价降低即还原产物为NH₃和 N₂ ；

根据反应16Al + 9NO₃^－+ 7OH^－ ＝16AlO₂^－ + NH₃↑+ 4N₂↑+ 2H₂O

16mol   9molNO₃^－

       n (Al)        0.2mol

n (Al)=16×0.2/9 mol

故m (Al)= 9.6g 

（4）K_sp＝1.0×10^－38= c(Fe³⁺)×c³(OH^-)

c(Fe³⁺)＝1.0×10^－2mol·L^－1,故c (OH^-)=1.0×10^－12 mol·L^－1，又K_W=1.0×10^－14，故c (H⁺)=1.0×10^－2 mol·L^－1，pH=2，故将Fe³⁺转换为Fe(OH)₃沉调节溶液pH至少大于2。

【思路点拨】本题考查了离子反应和离子共存的应用，氧化还原反应的应用，溶度积的计算，涉及到的知识内容较多，综合性较强。