Question

【題目】I.工廠采用含硫酸和氫氟酸的溶液作為礦物中稀有元素的萃取液，生產要求該萃取液中硫酸的濃度為3 mol/L，氫氟酸的濃度為8 mol/L。現有一批回收酸液共400 L，經測定其中氫氟酸濃度為12 mol/L，硫酸的濃度為1 mol/L。現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(小數點后保留一位有效數字)密度為1.84 g/cm3、濃度為98％的濃硫酸，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離子如下表所示：

陽離子	H＋、K＋、Al3＋、NH4+、Mg2＋
陰離子	Cl－、OH－、CO32-、AlO2-

為探究其成分，某同學將Na2O2逐漸加入到上述混合溶液中并微熱，產生沉淀和氣體的物質的量與加入Na2O2的物質的量的關系分別如圖所示。

(1)該溶液中一定含有的陽離子是____________________，其對應物質的量濃度之比為___________________________，溶液中一定不存在的陰離子是_________________________。

(2)寫出沉淀減少的離子方程式_____________________。

Answer 1

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

【解析】

I.設稀釋后溶液體積為V，根據稀釋定律，稀釋前后HF的物質的量不變，據此計算稀釋后溶液的體積；

符合萃取液要求，應保證硫酸、氫氟酸的濃度分別為3mol·L－1、8mol·L－1，根據氫氟酸的濃度可知加入濃硫酸，再加水稀釋后溶液的體積，設需加濃硫酸的體積為x，根據H2SO4物質的量守恒，列方程計算．

II.（1）根據生成的沉淀總物質的量最大量為5mol、最終得到3mol可知，最終得到的沉淀為3mol氫氧化鎂沉淀，溶解的2mol沉淀為氫氧化鋁；根據氣體的物質的量最后有增加可知，增加的氣體為氨氣，溶液中一定存在銨離子；根據開始加入過氧化鈉時沒有沉淀生成，說明原溶液中存在氫離子，根據題中數據計算出氫離子的物質的量；

（2）沉淀中氫氧化鋁沉淀能夠與氫氧化鈉溶液反應而導致沉淀減少，據此寫出反應的離子方程式．

I.設稀釋后溶液體積為V，根據稀釋定律，稀釋前后HF的物質的量不變，則有：8mol·L－1×V=12mol·L－1×400L，解得V=600L；

符合萃取液要求，應保證硫酸、氫氟酸的濃度分別為3mol·L－1、8mol·L－1，根據氫氟酸的濃度可知可知加入濃硫酸，再加水稀釋后溶液的體積為600L，

設需加濃硫酸的體積為x，根據H2SO4物質的量守恒，則有：

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）根據圖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－，并且含有鎂離子的物質的量為3mol，氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀一共是5mol，根據元素守恒，所以含有鋁離子的物質的量2mol；

加入8mol過氧化鈉會生成4mol氧氣，而圖象中生成了6mol氣體，說明生成的氣體除了過氧化鈉和溶液反應生成的氧氣之外，還一定有2mol其他氣體生成，而只能是氨氣，所以一定含有2mol銨根離子，所以一定不含有氫氧根離子；圖象中加入過氧化鈉的物質的量在0～amol之間時，沒有沉淀生成，所以溶液中含有H＋，由于加入8mol過氧化鈉時生成的沉淀達到最大量5mol，8mol過氧化鈉會生成16mol氫氧化鈉，而生成2mol氫氧化鋁、3mol氫氧化鎂、2mol氨氣消耗的氫氧化鈉為：2mol×3+3mol×2+2mol=14mol，所以有2mol氫氧化鈉與氫離子反應，氫離子的物質的量為2mol；

并且物質的量為2mol，溶液中一定還含有陰離子，可能為氯離子，鉀離子不能確定是否存在，

根據電荷守恒：所以n（H＋）+3n（Al3＋）+n（NH4＋）+2n（Mg2＋）≤2n（SO42－），所以氯離子物質的量≥16mol，即：

離子種類 H＋ Al3＋ NH4＋ Mg2＋ Cl－

物質的量（mol）2 2 2 3 ≥16

所以溶液中一定存在的陽離子為：H＋、Al3＋、NH4＋、Mg2＋；含有的陽離子的物質的量之比為：n（H＋）：n（Al3＋）：n（NH4＋）：n（Mg2＋）=2：2：2：3；溶液中一定不存在的陰離子為：OH－、CO32－、AlO2－，

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

（2）生成的沉淀為氫氧化鎂和氫氧化鋁，其中氫氧化鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應，反應的離子方程式為：Al（OH）3+OH－═AlO2－+2H2O。