Question

1．學(xué)校化學(xué)研究小組對(duì)某溶液進(jìn)行檢測分析，該無色溶液中可能含有NH₄⁺、K⁺、Al³⁺、HCO₃^-、Cl^-、MnO₄^-、SO₄^2-等離子中的幾種離子．
①經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知溶液明顯呈酸性
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向?yàn)V液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產(chǎn)生．
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀乙，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體丙，最后沉淀完全溶解．
（1）寫出氣體丙的電子式，空間構(gòu)型為三角錐形．
（2）該溶液中一定不含有：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-（填離子的化學(xué)式）離子，一定含有的離子有NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-（填離子的化學(xué)式）．
（3）在這些不存在的離子中，有一種離子在酸性環(huán)境中與SO₂反應(yīng)，試寫出該反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
（4）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢驗(yàn)該試液中是否存在可能含有的離子焰色反應(yīng)，用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍(lán)色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺．
（5）為確定上述溶液中所含的各種離子的物質(zhì)的量，取100mL上述溶液并向其中加入Na₂O₂固體，產(chǎn)生的沉淀和氣體與所加Na₂O₂固體物質(zhì)的量的關(guān)系曲線如圖：該溶液中可能存在的離子的物質(zhì)的量為0.1mol．

Answer 1

分析 溶液無色，說明不含MnO₄^-；
①經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知溶液明顯呈酸性，可為強(qiáng)酸弱堿鹽，則一定不存在水解呈堿性的HCO₃^-離子；
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向?yàn)V液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產(chǎn)生，說明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲為BaSO₄；
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀乙，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體丙，最后沉淀完全溶解，說明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙為Al（OH）₃，丙為NH₃；
K⁺應(yīng)通過焰色反應(yīng)檢驗(yàn)，根據(jù)過氧化鈉的量結(jié)合圖象判斷含有的離子的物質(zhì)的量．

解答 解：溶液無色，說明不含MnO₄^-；
①經(jīng)實(shí)驗(yàn)可知溶液明顯呈酸性，可為強(qiáng)酸弱堿鹽，則一定不存在水解呈堿性的HCO₃^-離子；
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向?yàn)V液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產(chǎn)生，說明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲為BaSO₄；
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產(chǎn)生白色沉淀乙，當(dāng)沉淀增加到一定量后開始產(chǎn)生氣體丙，最后沉淀完全溶解，說明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙為Al（OH）₃，丙為NH₃，
（1）由以上分析可知丙為NH₃，電子式為，空間構(gòu)型為三角錐形，故答案為：；三角錐形；
（2）由以上分析可知一定含有的離子為NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含有的離子為MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-，故答案為：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-；NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（3）能與二氧化硫反應(yīng)的離子應(yīng)具有強(qiáng)氧化性，應(yīng)為MnO₄^-，反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（4）K⁺應(yīng)通過焰色反應(yīng)檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法是用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍(lán)色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺，
故答案為：焰色反應(yīng)，用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍(lán)色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺；
（5）2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，根據(jù)圖象可知當(dāng)加入Na₂O₂0.15mol時(shí)，Al³⁺完全沉淀，則生成的n（NaOH）=0.3mol，則n（Al³⁺）=0.1mol，
NH₄⁺完全生成NH₃時(shí)消耗的Na₂O₂為0.1mol，則n（NH₄⁺）=0.2mol，
由實(shí)驗(yàn)②可知10mL溶液中含有SO₄^2-0.03mol，則100mL溶液中含有SO₄^2-0.3mol，
根據(jù)溶液電荷守恒可知：3n（Al³⁺）+n（K⁺）+n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-），
則n（K⁺）=2×0.3mol-3×0.1mol-0.2mol=0.1mol，
故答案為：0.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查常見離子的性質(zhì)及檢驗(yàn)方法，題目難度較大，注意根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷可能含有的離子，明確溶液中電荷守恒的運(yùn)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．