Question

将由FeSO₄、Ba（OH）₂、AlCl₃三种固体组成的混合物溶于足量的水中，用玻棒搅拌，充分溶解，一段时间后，向稳定的混合物溶液中滴加1mol?L^-1的稀硫酸，加入稀硫酸的体积与生成沉淀的物质的量关系如图所示．下列有关判断不正确的是（ ）

A．AB段发生反应的离子方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-+2H⁺+2OH^-=BaSO₄↓+2H₂O
B．D点表示的溶液呈酸性
C．C点表示的沉淀的化学式为Al（OH）₃、BaSO₄、Fe（OH）₂
D．混合物中FeSO₄和AlCl₃的物质的量相等

Answer 1

【答案】分析：由图可知最终沉淀0.05mol为BaSO₄，由钡离子守恒可知，固体混合物中n[Ba（OH）₂]=0.05mol，根据图象知，未加H₂SO₄前A点的沉淀为0.02mol，小于0.05mol，说明FeSO₄完全反应，Ba²⁺有剩余．
由A→B一定发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，加入20ml硫酸，硫酸的物质的量为0.02mol，由图可知沉淀量增加0.04mol-0.02mol=0.02mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量，故不可能发生反应AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，该反应硫酸的物质的量与沉淀的物质的量之比为1：2，也不会发生其它沉淀的溶解反应，否则沉淀量增加不可能为0.02mol，说明加入的20ml硫酸只与氢氧化钡反应．
故未加H₂SO₄前A点的溶液中Ba（OH）₂有剩余，剩余三种固体组成的混合物溶于足量的水中，用玻璃棒搅拌，充分溶解，一段时间发生反应：FeSO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．故A点沉淀为Fe（OH）₃、BaSO₄，由方程式可知n[Fe（OH）₃]=n（BaSO₄）=0.01mol，此时Al³⁺变为AlO₂^-，
可知n（FeSO₄）=0.01mol；
由B→C，加入5ml硫酸，硫酸的物质的量为0.005mol，由图可知沉淀量增加0.055mol-0.04mol=0.015mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量的3倍，故发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，由方程式可知，该阶段生成BaSO₄为0.005mol，生成Al（OH）₃为0.01mol．故C的沉淀为Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃．
由C→D，加入15ml硫酸，硫酸的物质的量为0.015mol，由图可知沉淀量增加0.06mol-0.055mol=0.005mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量的倍，沉淀量达最大值，不可能单独发生Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量）或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓（沉淀的物质的量是硫酸的2倍）或二者都发生；故该阶段发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（生产硫酸钡多）、Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O（沉淀溶解少）．说明C点AlO₂^-完全反应，D点的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺．Ba²⁺沉淀完全．溶液为Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
D→E发生反应Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O，E点完全溶解，溶液为Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
由C→E共消耗30mLH₂SO₄，而0.01molFe（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，可知Al（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，判定n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.01mol，可知原混合固体中n（AlCl₃）=0.01mol．
解答：解：由图可知最终沉淀0.05mol为BaSO₄，由钡离子守恒可知，固体混合物中n[Ba（OH）₂]=0.05mol，根据图象知，未加H₂SO₄前A点的沉淀为0.02mol，小于0.05mol，说明FeSO₄完全反应，Ba²⁺有剩余．
由A→B一定发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，加入20ml硫酸，硫酸的物质的量为0.02mol，由图可知沉淀量增加0.04mol-0.02mol=0.02mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量，故不可能发生反应AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，该反应硫酸的物质的量与沉淀的物质的量之比为1：2，也不会发生其它沉淀的溶解反应，否则沉淀量增加不可能为0.02mol，说明加入的20ml硫酸只与氢氧化钡反应．
故未加H₂SO₄前A点的溶液中Ba（OH）₂有剩余，剩余三种固体组成的混合物溶于足量的水中，用玻璃棒搅拌，充分溶解，一段时间发生反应：FeSO₄+Ba（OH）₂=BaSO₄↓+Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O．故A点沉淀为Fe（OH）₃、BaSO₄，由方程式可知n[Fe（OH）₃]=n（BaSO₄）=0.01mol，此时Al³⁺变为AlO₂^-，可知原混合物固体中n（FeSO₄）=0.01mol；
由B→C，加入5ml硫酸，硫酸的物质的量为0.005mol，由图可知沉淀量增加0.055mol-0.04mol=0.015mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量的3倍，故发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓，AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓，由方程式可知，该阶段生成BaSO₄为0.005mol，生成Al（OH）₃为0.01mol．故C的沉淀为Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃．
由C→D，加入15ml硫酸，硫酸的物质的量为0.015mol，由图可知沉淀量增加0.06mol-0.055mol=0.005mol，沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量的倍，沉淀量达最大值，不可能单独发生Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓（沉淀增加的物质的量等于加入的硫酸的物质的量）或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓（沉淀的物质的量是硫酸的2倍）或二者都发生；故该阶段发生反应Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓、Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O．说明C点AlO₂^-完全反应，D点的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺．Ba²⁺沉淀完全．溶液为Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
D→E发生反应Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O、Fe（OH）₃+3H⁺=Fe³⁺+3H₂O，E点完全溶解，溶液为Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃．
由C→E共消耗30mLH₂SO₄，而0.01molFe（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，可知Al（OH）₃消耗15mLH₂SO₄，判定n[Al（OH）₃]=n[Fe（OH）₃]=0.01mol，可知原混合固体中n（AlCl₃）=0.01mol．
A、由上述分析可知，硫酸只与氢氧化钡反应，反应离子方程式为Ba²⁺+SO₄^2-+2H⁺+2OH^-=BaSO₄↓+2H₂O，故A正确；
B、由上述分析可知，D点的溶液含有Al³⁺、Fe³⁺，溶液为Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，Al³⁺、Fe³⁺水解，溶液呈酸性，故B正确；
C、由上述分析可知，C的沉淀为Fe（OH）₃、BaSO₄、Al（OH）₃，故C错误；
D、由上述分析可知，原混合固体中n（FeSO₄）=0.01mol，n（AlCl₃）=0.01mol，故D正确．
故选：C．
点评：考查离子反应的计算等，难度较大，本题采取过程法分析，关键是根据硫酸的体积与沉淀增加量判断各段发生的反应．若为单项选择可以根据氢氧化亚铁的不稳定性选择．