Question

14．今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：K⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-，現(xiàn)取三份100mL溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
（1）第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生；
（2）第二份加足量NaOH溶液加熱后，只收集到氣體0.02mol，無沉淀生成，同時(shí)得到溶液甲；
（3）在甲溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，質(zhì)量為1.02g．
（4）第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，沉淀經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，質(zhì)量為11.65g．{已知：NaAlO₂+2H₂O═NaHCO₂+Al（OH）₃↓}．根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)回答：
（1）一定不存在的離子是Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，不能確定是否存在的離子是Cl^-．
（2）試確定溶液中肯定存在的離子及其濃度（可不填滿）：
離子符號(hào)NH₄⁺，濃度0.2mol/L；
離子符號(hào)Al³⁺，濃度0.2mol/L；
離子符號(hào)SO₄^2-，濃度0.5mol/L．
（3）試確定K⁺是否存在是（填“是”或“否”），判斷的理由是根據(jù)電荷守恒，溶液中一定存在鉀離子．

Answer 1

分析 （1）第一份加入幾滴AgNO₃溶液后有沉淀產(chǎn)生，溶液中可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
（2）第二份加過量NaOH溶液加熱后，只收集到氣體0.02mol，無沉淀生成，該氣體是氨氣，一定有銨根離子，銨根離子的物質(zhì)的量是0.02mol，無沉淀生成，一定不含F(xiàn)e³⁺、Mg²⁺；
（3）在甲溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，質(zhì)量為1.02g，說明原溶液中一定存在Al³⁺，結(jié)合離子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g為氧化鋁的質(zhì)量，其物質(zhì)的量為：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，說明每份溶液中含有0.02molAl³⁺；
（4）第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，該白色沉淀為硫酸鋇，說明原溶液中一定存在SO₄^2-，則一定不存在鋇離子；沉淀經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，質(zhì)量為11.65g，則硫酸鋇的物質(zhì)的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，說明每份溶液中含有0.05molSO₄^2-；
0.02molAl³⁺所帶正電荷為0.06mol、0.02mol銨根離子帶有0.02mol正電荷，而0.05molSO₄^2-所帶負(fù)電荷為0.1mol，根據(jù)電荷守恒可知，說明溶液中一定還含有陽離子K⁺，據(jù)此對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行判斷．

解答 解：第一份加入幾滴AgNO₃溶液后有沉淀產(chǎn)生，溶液中可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
第二份加過量NaOH溶液加熱后，只收集到氣體0.02mol，無沉淀生成，該氣體是氨氣，一定有銨根離子，銨根離子的物質(zhì)的量是0.02mol，無沉淀生成，一定不含F(xiàn)e³⁺、Mg²⁺；在甲溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒，質(zhì)量為1.02g，說明原溶液中一定存在Al³⁺，結(jié)合離子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g為氧化鋁的質(zhì)量，其物質(zhì)的量為：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，說明每份溶液中含有0.02molAl³⁺；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，該白色沉淀為硫酸鋇，說明原溶液中一定存在SO₄^2-，則一定不存在鋇離子；沉淀經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，質(zhì)量為11.65g，則硫酸鋇的物質(zhì)的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，說明每份溶液中含有0.05molSO₄^2-；
0.02molAl³⁺所帶正電荷為0.06mol、0.02mol銨根離子帶有0.02mol正電荷，而0.05molSO₄^2-所帶負(fù)電荷為0.1mol，根據(jù)電荷守恒可知，說明溶液中一定還含有陽離子K⁺，
（1）根據(jù)分析可知，一定存在的離子為：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不存在的離子為：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，根據(jù)分析可知，無法確定是否存在Cl^-，所以溶液中可能存在Cl^-，
故答案為：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺；Cl^-；
（2）銨根離子的物質(zhì)的量是0.02mol，含有0.02molAl³⁺，含有0.05molSO₄^2-，0.02molAl³⁺所帶正電荷為0.06mol、0.02mol銨根離子帶有0.02mol正電荷，而0.05molSO₄^2-所帶負(fù)電荷為0.1mol，根據(jù)電荷守恒可知，說明溶液中一定還含有陽離子K⁺，溶液體積為0.1L，所以其濃度分別為0.2mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L，
故答案為：NH₄⁺、0.2mol/L；Al³⁺、0.2mol/L；SO₄^2-、0.5mol/L；
（3）溶液中正電荷的總物質(zhì)的量為：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol，
負(fù)電荷的總物質(zhì)的量為：2n（SO₄^2-）=0.1mol，根據(jù)電荷守恒，溶液中一定存在鉀離子，由于可能存在氯離子，則鉀離子的物質(zhì)的量至少為：0.1mol-0.08mol=0.02mol，c（K⁺）≥0.2mol．l^-1，故答案為：是；根據(jù)電荷守恒，溶液中一定存在鉀離子．

點(diǎn)評(píng) 本題考查常見離子的檢驗(yàn)，題目難度中等，采用定性實(shí)驗(yàn)和定量計(jì)算分析相結(jié)合的模式，增大了解題難度，同時(shí)涉及離子共存、離子反應(yīng)等都是解題需注意的信息，尤其是K⁺的確定易出現(xiàn)失誤．