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0.2molX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

考点：常见离子的检验方法,氧化还原反应,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：氧化还原反应专题,离子反应专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：Ⅰ．取原溶液加入足量盐酸有无色气体生成，该气体遇空气变成红棕色，即为二氧化氮，那么一定含有NO₃^-和Fe²⁺；
Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2-，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸钡；
Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入过量的NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，不能确定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因为亚铁离子被硝酸氧化生成铁离子；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，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-，据此解答各小题即可．

解答： 解：Ⅰ．取原溶液加入足量盐酸有无色气体生成，该气体遇空气变成红棕色，即为二氧化氮，那么一定含有NO₃^-和Fe²⁺；
Ⅱ．向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，那么溶液中一定含有：SO₄^2-，那么原溶液中一定不含有：Ba²⁺，生成的沉淀是硫酸钡；
Ⅲ．向Ⅰ所得的溶液中加入过量的NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，不能确定原溶液中是否含有：Fe³⁺，因为亚铁离子被硝酸氧化生成铁离子；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，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-，
（1）依据分析可知：该废水中一定含有的阴离子是：NO₃^-　 SO₄^2-；  一定不含有的阳离子是：Ba²⁺，故答案为：NO₃^-、SO₄^2-；Ba²⁺；
（2）偏铝酸根与碳酸生成氢氧化铝沉淀，离子反应方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，故答案为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）在此反应中Al化合价由0价升高为+3价，N元素被还原为氨气和氮气，且体积比为1：4，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 9mol
             n（Al） 0.2mol，n（Al）=16×0.2/9mol，故m（Al）=9.6g，
故答案为：16、9、7、16、1、4、2 H₂O；NH₃、N₂； 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，故答案为：2．

点评：本题主要考查的是常见阳离子与阴离子的检验，涉及知识点：氧化还原反应方程式的配平，溶度积常数的计算等，难度较大．