Question

（本题共14分）某工业废水中可能含有如下几种阴阳离子：

阳离子	Fe^3+、Al^3+、Fe^2+、Ba^2+、Na^+
阴离子	Cl^－、CO3^2－、NO3^－、SO4^2－、SiO3^2－

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）NO3－ SO42－; 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】

试题分析：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，该气体是NO，红棕色气体是NO2，这说明在反应中硝酸根被还原为NO，因此一定含有NO3－、Fe2+，则CO32－、SiO32－一定不存在；若向Ⅰ所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，该沉淀是硫酸钡，所以一定含有硫酸根，则一定没有钡离子；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，该沉淀是氢氧化铁，但由于亚铁离子被还原生成了铁离子，所以不能确定是否含有离子。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，该沉淀是氢氧化铝，则一定含有铝离子。

（1）该废水中一定含有的阴离子是NO3－、SO42－，一定不含有的阳离子是Ba2+；

（2）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为AlO2－+CO2+2H2O＝Al(OH)3↓+HCO3－。

（3）设氨气是1mol，则氮气是4mol，氨气和氮气均是还原产物，则根据电子守恒，N 得到（40+8）e-,故 Al 失去 48 e-，系数为 16 根据 N 原子守恒得到系数 9，根据电荷守恒得到系数 7，最后为水，即16Al + 9NO3－+ 7OH－ ＝16AlO2－  + NH3↑+ 4N2↑+ 2H2O；若除去0.2mol X离子，则消耗铝的质量是×0.2mol×27g/mol＝9.6g。

（4）Ksp(沉淀平衡常数)＝[Fe3+][OH-]3＝1.0×10－2 [OH-]3＝1.0×10－38，所以[OH-]=10-12，则[H+]=10-2。所以pH＝2。

考点：考查离子共存、离子检验、氧化还原反应阴极溶度积常数的应用