Question

某研究小組探究將MgCl₂和AlCl₃混合溶液加入到氫氧化鈉溶液中生成沉淀及沉淀溶解的情況，實驗過程中可能用到的儀器與藥品如下：過濾裝置，燒杯，滴管，0.5mol?L^-1 MgCl₂、AlCl₃各100mL，1mol?L^-1 NaOH溶液，1mol?L^-1鹽酸．
探究一：實驗開始時產生沉淀的成分
[假設一]實驗開始時產生的沉淀是Mg（OH）₂
[假設二]

實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃

[假設三]實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃和Mg（OH）₂
基于假設二成立，請利用下表完成實驗過程：

實驗步驟	預期實驗現象	預期實驗結論
分別取30mL 0.5mol?L-1 MgCl2、AlCl3溶液于燒杯中，充分混合	無現象	溶液中水解不能生成沉淀
向混合溶液中滴入2滴酚酞試液，逐滴加入1mol?L-1 NaOH溶液	當溶液中生成大量的白色絮狀沉淀后溶液的顏色不變	產生的沉淀可能是氫氧化鋁、氫氧化鎂或二者的混合物
將上述混合溶液過濾，洗滌，再向濾渣中加入過量的1mol?L-1 NaOH溶液	濾渣全部溶解	產生的沉淀只有氫氧化鋁
空	空	空

探究二：何時產生氫氧化鎂沉淀

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
①另取0.5mol?L-1 MgCl2、AlCl3溶液各30mL于不同燒杯中	溶液中無現象	水溶液中無氫氧化鎂、氫氧化鋁沉淀生成
②向0.5mol?L-1 AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至剛好反應完全	產生沉淀，沉淀溶解，沉淀消失	產生氫氧化鋁沉淀，加過量的氫氧化鈉溶液后氫氧化鋁又溶解
③將MgCl2溶液全部倒入②反應后的溶液中	產生大量白色沉淀	二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）2和Al（OH）3沉淀．

請用離子方程式表示上述實驗步驟③的結論：

2AlO₂^-+Mg²⁺+4H₂O═Mg（OH）₂↓+2Al（OH）₃↓

．

Answer 1

分析：探究一：實驗開始時產生沉淀的成分
實驗開始時產生沉淀的成分，依據沉淀種類可知，向MgCl₂、AlCl₃混合溶液中加入NaOH溶液開始產生的沉淀有三種可能：一是只有Mg（OH）₂、二是只有Al（OH）₃、三是Mg（OH）₂和Al（OH）₃都存在，據此可推斷出假設二為實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃；
設計實驗探究實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃，首先應取一定體積的0.5mol?L^-1 MgCl₂、AlCl₃溶液進行充分混合，然后向混合溶液中逐滴加入0.1mol?L^-1 NaOH溶液，根據Mg²⁺、Al³⁺的性質，可觀察到溶液中生成白色絮狀沉淀，據此推測出沉淀可能是Mg（OH）₂或Al（OH）₃或Mg（OH）₂和Al（OH）₃的混合物，最后將沉淀過濾、洗滌，再向沉淀中加入過量的0.1mol?L^-1 NaOH溶液，若沉淀全部溶解，則可推測出沉淀只有Al（OH）₃．需要注意的是最后一步一定要將沉淀過濾出來并將沉淀洗滌干凈，防止其他離子干擾；假設二，依據題干假設分析生成沉淀的可能情況得到；
探究二：何時產生氫氧化鎂沉淀
　探究二中，通過比較步驟①②③的現象差異來探究何時產生氫氧化鎂沉淀，步驟②生成的沉淀只有Al（OH）₃，向Al（OH）₃溶液中加入過量NaOH時，Al（OH）₃沉淀又溶解，最后得到的是NaAlO₂溶液，因為NaAlO₂溶液中AlO的水解導致溶液呈堿性，MgCl₂溶液中Mg²⁺的水解導致溶液呈酸性，將二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀．

解答：解：探究一：實驗開始時產生沉淀的成分，依據沉淀種類可知，向MgCl₂、AlCl₃混合溶液中加入NaOH溶液開始產生的沉淀有三種可能：一是只有Mg（OH）₂、二是只有Al（OH）₃、三是Mg（OH）₂和Al（OH）₃都存在，據此可推斷出假設二為實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃，沉淀可能是氫氧化鎂或氫氧化鋁胡二者混合物，所以假設二為：實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃，
故答案為：實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃；
基于假設二成立，利用下表完成實驗過程：
設計實驗探究實驗開始時產生的沉淀是Al（OH）₃，首先應取一定體積的0.5mol?L^-1 MgCl₂、AlCl₃溶液進行充分混合，然后向混合溶液中逐滴加入0.1mol?L^-1 NaOH溶液，根據Mg²⁺、Al³⁺的性質，可觀察到溶液中生成白色絮狀沉淀，據此推測出沉淀可能是Mg（OH）₂或Al（OH）₃或Mg（OH）₂和Al（OH）₃的混合物，最后將沉淀過濾、洗滌，再向沉淀中加入過量的0.1mol?L^-1 NaOH溶液，若沉淀全部溶解，則可推測出沉淀只有Al（OH）₃．需要注意的是最后一步一定要將沉淀過濾出來并將沉淀洗滌干凈，防止其他離子干擾；

實驗步驟	預期實驗現象	預期實驗結論
①分別取30mL 0.5mol?L-1 MgCl2、AlCl3溶液于燒杯中，充分混合
②向混合溶液中滴入2滴酚酞試液，逐滴加入1mol?L-1 NaOH溶液	當溶液中生成大量的白色絮狀沉淀后溶液的顏色不變	產生的沉淀可能是氫氧化鋁、氫氧化鎂或二者的混合物
③將上述混合溶液過濾，洗滌，再向濾渣中加入過量的1mol?L-1 NaOH溶液	濾渣全部溶解	產生的沉淀只有氫氧化鋁

故答案為：

實驗步驟	預期實驗現象	預期實驗結論
①分別取30mL 0.5mol?L-1 MgCl2、AlCl3溶液于燒杯中，充分混合
②向混合溶液中滴入2滴酚酞試液，逐滴加入1mol?L-1 NaOH溶液	當溶液中生成大量的白色絮狀沉淀后溶液的顏色不變	產生的沉淀可能是氫氧化鋁、氫氧化鎂或二者的混合物
③將上述混合溶液過濾，洗滌，再向濾渣中加入過量的1mol?L-1 NaOH溶液	濾渣全部溶解	產生的沉淀只有氫氧化鋁

探究二：何時產生氫氧化鎂沉淀
　探究二中，通過比較步驟①②③的現象差異來探究何時產生氫氧化鎂沉淀，步驟②生成的沉淀只有Al（OH）₃，向Al（OH）₃溶液中加入過量NaOH時，Al（OH）₃沉淀又溶解，最后得到的是NaAlO₂溶液，因為NaAlO₂溶液中AlO的水解導致溶液呈堿性，MgCl₂溶液中Mg²⁺的水解導致溶液呈酸性，將二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀；
①分別取30mL 0.5mol?L^-1 MgCl₂、AlCl₃溶液于燒杯中，充分混合，無現象，說明水解無沉淀生成，
故答案為：無現象，溶解于水水解無沉淀生成；
②向0.5mol?L^-1 AlCl₃溶液中逐滴加入NaOH溶液至剛好反應完全，產生沉淀，沉淀溶解，沉淀消失，產生氫氧化鋁沉淀，加過量的氫氧化鈉溶液后氫氧化鋁又溶解；
③將MgCl₂溶液全部倒入②反應后的溶液中，產生大量白色沉淀，二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀，
故答案為：二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀；
探究二：離子方程式表示上述實驗步驟③的結論是二者混合時相互促進水解最終生成Mg（OH）₂和Al（OH）₃沉淀，反應的離子方程式為2AlO₂^-+Mg²⁺+4H₂O═Mg（OH）₂↓+2Al（OH）₃↓，
故答案為：2AlO₂^-+Mg²⁺+4H₂O═Mg（OH）₂↓+2Al（OH）₃↓．

點評：本題考查了鋁及其化合物，鎂及其化合物性質的分析應用，主要是沉淀生成過程的實驗設計和反應現象判斷，掌握物質性質和實驗方法是解題關鍵，題目難度較大．