Question

2017年3月21日是第二十五届“世界水日”，保护水资源，合理利用废水节省水资源，加强废水的回收利用已被越来越多的人所关注。已知：某无色废水中可能含有H^＋、NH₄⁺、Fe^3＋、Al^3＋、Mg^2＋、Na^＋、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-中的几种，为分析其成分，分别取废水样品1L，进行了三组实验，其操作和有关图像如下所示：

请回答下列问题：

(1)根据上述3组实验可以分析废水中一定不存在的阴离子是__________，一定存在的阳离子是___________。

(2)写出实验③图像中沉淀达到最大量且质量不再发生变化阶段发生反应的离子反应方程式：________。

(3)分析图像，在原溶液中c(NH₄⁺)与c(Al^3＋)的比值为______，所得沉淀的最大质量是______g。

(4)若通过实验确定原废水中c(Na^＋)=0.18 mol·L^-1,试判断原废水中NO₃^-是否存在？____(填“存在”“不存在”或“不确定”)。若存在， c(NO₃^-) = _____ mol·L^-1。(若不存在或不确定则此空不填)

Answer

CO32- Na+、H+、Al3+、NH4+ NH4+ + OH﹣ = NH3·H2O 1：1 0.546g 存在 0.36 mol·L-1

【解析】

(1)无色废水确定无Fe3+，根据实验①确定有Na+，根据实验②确定有SO42-，根据实验③确定有Al3+，一定不含Fe3+、Mg2+，因为CO32-与Al3+不能共存，所以无CO32-；故溶液中存在的离子为：Na+、Al3+、NH4+、H+、SO42-，废水中一定不存在的离子有Fe3+、Mg2+、CO32-，故废水中一定不存在的阴离子是CO32-，一定存在的阳离子是Na+、Al3+、NH4+、H+；

(2)实验③图像中沉淀达到最大量，继续滴加NaOH溶液，与溶液里的NH4+ 作用生成NH3·H2O，此时沉淀质量不再发生变化，反应的离子反应方程式NH4+ + OH﹣ = NH3·H2O；

(3)已知硫酸钡沉淀为2.33g，则n(SO42-)==0.01mol，
根据图象可知与Al(OH)3反应的OH-为：n(OH-)=0.007mol，
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
n(Al3+)   0.007mol
所以n(Al3+)=0.007mol，将铝离子沉淀需要氢氧化钠0.021mol，所以溶液中H+消耗氢氧化钠0.014mol，氢离子的物质的量是0.014mol，
NH4++OH-=NH3•H2O，消耗氢氧化钠0.007mol，所以铵根离子的物质的量是0.007mol，原溶液中c(NH4+)与c(Al3+)的比值为1：1；

生成Al(OH)3的质量为0.007mol×78g/mol=0.546g；

(4)溶液中存在的离子为：Na+、Al3+、NH4+、H+、SO42-，已知硫酸钡沉淀为2.33g，则n(SO42-)==0.01mol，另外n(Al3+)=0.007mol，n(H+)=0.014mol，n(NH4+)=0.007mol，溶液中存在电荷守恒，3n(Al3+)+n(H+)+n(NH4+)+n(Na+)=3×0.007mol+0.014mol+0.007mol+0.14 mol·L-1×0.1L=0.056mol≠2n(SO42-)=0.02mol，则一定含有NO3-，且n(NO3-)=0.056mol-0.02mol=0.036mol，c(NO3-)==0.36mol/L。