Question

4．某結(jié)晶水合物含有兩種陽離子和一種陰離子．稱取兩份質(zhì)量均為45.3g的該結(jié)晶水合物，分別制成溶液．向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多；一段時間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，加熱后共計可收集到2.24L該氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）；最后白色沉淀逐漸減少并最終消失．另一份逐滴加入2.0mol•L^-1Ba（OH）₂溶液，開始現(xiàn)象類似，但最終仍有白色沉淀；過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g．
請回答以下問題：
（1）該結(jié)晶水合物中含有的兩種陽離子
（2）試通過計算確定該結(jié)晶水合物的化學(xué)式
（3）試通過計算確定若只加入75mL的Ba（OH）₂溶液，得到的沉淀質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體是氨氣，證明銨根離子的存在，白色溶于氫氧化鈉的沉淀是氫氧化鋁，和Ba（OH）₂溶液反應(yīng)生成的白色不溶于硝酸的白色沉淀是硫酸鋇；
（2）根據(jù)電荷守恒和原子守恒來確定該結(jié)晶水合物的化學(xué)式；
（3）n（Ba（OH）₂）=2.0mol/L×0.075L=0.15mol，根據(jù)反應(yīng)方程式中氫氧化鋇和硫酸鋇、氫氧化鋁之間的關(guān)系式計算沉淀質(zhì)量．

解答 解：（1）一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，過濾，用稀硝酸處理沉淀物，經(jīng)洗滌和干燥，得到白色固體46.6g，說明含有硫酸根離子；加入NaOH溶液，一段時間后有氣體逸出，該氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，該氣體是氨氣，證明一定含有銨根離子；向其中一份逐滴加入NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多，最后白色沉淀逐漸減少并最終消失，證明一定含有鋁離子，
答：該結(jié)晶水合物中含有的兩種陽離子為NH₄⁺、Al³⁺；
（2）由題中信息可知45.3g的該結(jié)晶水合物中：n（SO₄^2-）=$\frac{46.6g}{233g/mol}$=0.2mol，n（NH₄⁺）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)離子化合物中陰、陽離子電荷平衡的原理：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=2n（SO₄^2-）可得：n（Al³⁺）=$\frac{1}{3}$（2×0.2mol-0.1 mol）=0.1 mol，
則含有結(jié)晶水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=$\frac{45.3g-0.1mol×（27+18）g/mol-0.2mol×96g/mol}{18g/mol}$=1.2mol，
所以1.96g的該結(jié)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，
故該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為：NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O[或（NH₄）₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O]，
答：該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O[或（NH₄）₂SO₄•Al₂（SO₄）₃•24H₂O]；
（3）45.3g晶體的物質(zhì)的量為：$\frac{45.3g}{453g/mol}$，n（Ba（OH）₂）=2.0mol/L×0.075L=0.15mol，n（NH₄Al（SO₄）₂）：n（Ba（OH）₂）=0.1mol：0.15mol=$\frac{2}{3}$＞$\frac{1}{2}$，所以氫氧化鋇不足量，根據(jù)原子守恒知，生成硫酸鋇沉淀的物質(zhì)的量為：n（BaSO₄）=n（Ba（OH）₂）=0.15mol，生成n（Al（OH）₃）=$\frac{2}{3}$n（Ba（OH）₂）=0.1mol，
所以沉淀的質(zhì)量為：0.15mol×233g/mol+0.1mol×78g/mol=34.95g+7.8g=42.75g，
答：若只加入75mL的Ba（OH）₂溶液，得到的沉淀質(zhì)量為42.75．

點評 本題考查了復(fù)雜化學(xué)式確定的計算，題目難度中等，注意從守恒的角度推斷結(jié)晶水合物的化學(xué)式，注意（3）中要進行過量計算，為易錯點，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算能力．