Question

9．某工業(yè)廢水中僅含下表離子中的5種（不考慮水的電離及離子的水解），且各種離子的物質(zhì)的量濃度相等，均為0.1mol/L．

陽離子	K+ Cu2+   Fe3+   Al3+   Fe2+
陰離子	Cl-CO32-  NO3-  SO42-  SiO32-

甲同學欲探究廢水的組成，進行了如下實驗：
Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍色鈷玻璃觀察）．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化．
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變．
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
請推斷：
（1）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K⁺、Fe³⁺（寫離子符號）．
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式是3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）將Ⅲ中所得紅棕色氣體通入水中，氣體變無色，所發(fā)生的化學方程式為3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO
（4）甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是Fe²⁺、Cu²⁺；，陰離子是Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．（寫離子符號）
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體質(zhì)量為1.6 g．

Answer 1

分析 Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，無紫色火焰，說明溶液中不含K⁺；
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明溶液不含F(xiàn)e³⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明有還原性離子Fe²⁺與NO₃^-、H⁺反應(yīng)生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，則判斷一定不含有CO₃^2-、SiO₃^2-，原溶液中還有的含有Cl^-；
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，說明有SO₄^2-；
由上述分析可知，一定含有的陰離子Cl^-、NO₃^-，SO₄^2-，且各為0.1mol/L，依據(jù)電荷守恒可知，推斷出的陽離子含有Cu²⁺．

解答 解：Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，無紫色火焰，說明溶液中不含K⁺；
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明溶液不含F(xiàn)e³⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明有還原性離子Fe²⁺與NO₃^-、H⁺反應(yīng)生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，則判斷一定不含有CO₃^2-、SiO₃^2-，原溶液中還有的含有Cl^-；
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，說明有SO₄^2-；
由上述分析可知，一定含有的陰離子Cl^-、NO₃^-，SO₄^2-，且各為0.1mol/L，依據(jù)電荷守恒可知，推斷出的陽離子含有Cu²⁺．
（1）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K⁺、Fe³⁺，故答案為：K⁺、Fe³⁺；
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是Fe²⁺與NO₃^-和H⁺反應(yīng)生成NO，其離子方程式：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）將Ⅲ中所得紅棕色氣體為二氧化氮，通入水中，與水反應(yīng)生成NO，氣體變無色，所發(fā)生的化學方程式為3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO，
故答案為：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；
（4）由上述分析可知，最終確定原溶液中所含陽離子是：Fe²⁺、Cu²⁺；陰離子是：Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
故答案為：Fe²⁺、Cu²⁺；Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，F(xiàn)e²⁺、Cu²⁺、Al³⁺ 反應(yīng)生成Fe（OH）₂、Cu（OH）₂、NaAlO₂，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定易被氧化為氫氧化鐵，充分反應(yīng)后過濾，洗滌，灼燒沉淀至恒重，最終得到的固體為Fe₂O₃、CuO，由元素守恒可知n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Fe²⁺）=0.1L×0.1mol/L×$\frac{1}{2}$=0.005mol，n（CuO）=n（Cu²⁺）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，故最終獲得固體質(zhì)量為0.005mol×160g/mol+0.01mol×80g/mol=1.6g，
故答案為：1.6．

點評 本題考查離子共存與推斷等，是對學生綜合能力的考查，關(guān)鍵是明確常見離子檢驗與離子間發(fā)生的反應(yīng)，題目難度中等．