Question

某结晶水合物含有两种阳离子和一种阴离子。称取两份质量均为45.3g的该结晶水合物，分别制成溶液。向其中一份逐滴加入NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多；一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，加热后共计可收集到2.24L该气体（标准状况）；最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。另一份逐滴加入Ba(OH)₂溶液，开始现象类似，但最终仍有白色沉淀；过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6 g。

请回答以下问题：

⑴ 该结晶水合物中含有的两种阳离子是________和________，阴离子是_________。

⑵ 试通过计算确定该结晶水合物的化学式。________

⑶ 假设过程中向该溶液中加入的NaOH溶液的物质的量浓度为5mol·L^－1，请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系________

Answer

NH4＋ Al3＋ SO42－ NH4Al (SO4)2·12H2O [或(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]

【解析】

(1)一份加入足量Ba(OH)2溶液，生成白色沉淀，过滤，用稀硝酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体46.6g，说明含有SO42－；加入NaOH溶液，一段时间后有气体逸出，该气体有刺激性气味，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体是NH3，证明一定含有NH4＋；向其中一份逐滴加入NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多，最后白色沉淀逐渐减少并最终消失，证明一定含有Al3＋；

(2)由题中信息可知45.3g的该结晶水合物中： ，，根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理：n(NH4＋)+3n(Al3+)=2n(SO42-)可得：n(Al3+)=×(2×0.2mol-0.1mol)=0.1mol，n(H2O)= ，该结晶水合物中：n(NH4＋)：n(Al3＋)：n(SO42－)：n(H2O)=0.1mol:0.1mol:0.2mol:1.2mol=1:1:2:12，所以，该结晶水合物的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O[或(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]；

(3)根据前面的分析，45.3g样品中含有n(NH4＋)= 0.1mol，n(Al3+)=0.1mol，滴加NaOH，先与Al3＋反应生成Al(OH)3，再与NH4＋反应生成NH3·H2O，Al(OH)3再与NaOH反应生成NaAlO2，沉淀溶解；根据化学方程式，开始生成0.1molAl(OH)3，

消耗0.3molNaOH，则NaOH的体积，

再生成NH3·H2O，根据化学方程式

消耗0.1molNaOH，则NaOH的体积，

Al(OH)3再与NaOH反应生成NaAlO2，沉淀溶解，根据化学方程式

，

消耗0.1molNaOH，则NaOH的体积，

按照数据作图，图形如图。