Question

某溶液含有K⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Cl^-、CO₃^2-、OH^-、NO₃^-、SO₄^2-中的幾種，已知該溶液中各離子物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解）．為確定該溶液中含有的離子，現(xiàn)進行了如下的操作：
I．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，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沒有增加．請推斷：
（l）僅由操作I及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是

 

．
（2）僅由操作Ⅱ及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是

 

．
（3）由操作Ⅲ及現(xiàn)象可得出溶液中一定含有的陽離子是

 

（寫離子符號）．操作Ⅲ中發(fā)生反應的化學方程式為

 

．
（4）結(jié)合三步操作及題干已知，你認為原溶液中所含離子種類共有

 

種．
（5）另取l00mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體質(zhì)量為

 

g，寫出此過程中涉及氧化還原反應的化學方程式

 

．

Answer 1

分析：I．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化，證明溶液中不含鐵離子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明是一氧化氮氧化為二氧化氮，證明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類沒有增加，說明硝酸根離子氧化為亞鐵離子生成硝酸鐵、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀鹽酸，有無色氣體生成，溶液中陰離子種類不變，若溶液中含有碳酸根離子，加入鹽酸后，溶液中陰離子種類會減少，所以溶液中含有二價鐵離子和硝酸根離子；二價鐵離子和氫氧根離子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各離子物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解），根據(jù)溶液中陰陽離子電荷相等，二價鐵離子和氯離子、硝酸根離子所帶電荷相等，溶液中沒有氫氧根離子，所以陰離子是硫酸根離子，溶液中呈現(xiàn)二價的陽離子有銅離子，所以溶液中含有銅離子，通過以上分析知，原溶液中含有陽離子為：Fe²⁺，Cu²⁺；含有陰離子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有離子為Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
依據(jù)分析推斷出的離子減小分析回答問題．

解答：解：I．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化，證明溶液中不含鐵離子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明是一氧化氮氧化為二氧化氮，證明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類沒有增加，說明硝酸根離子氧化為亞鐵離子生成硝酸鐵、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀鹽酸，有無色氣體生成，溶液中陰離子種類不變，若溶液中含有碳酸根離子，加入鹽酸后，溶液中陰離子種類會減少，所以溶液中含有二價鐵離子和硝酸根離子；二價鐵離子和氫氧根離子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各離子物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解），根據(jù)溶液中陰陽離子電荷相等，二價鐵離子和氯離子、硝酸根離子所帶電荷相等，溶液中沒有氫氧根離子，所以陰離子是硫酸根離子，溶液中呈現(xiàn)二價的陽離子有銅離子，所以溶液中含有銅離子，通過以上分析知，原溶液中含有陽離子為：Fe²⁺，Cu²⁺；含有陰離子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有離子為Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
（1）僅由操作I及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是，向溶液中加入KSCN溶液無明顯變化，證明溶液中無三價鐵離子；
故答案為：溶液中一定不含F(xiàn)e³⁺；
（2）僅由操作Ⅱ及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是，取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
故答案為：溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
（3）依據(jù)分析推斷可知，由操作Ⅲ及現(xiàn)象可得出溶液中一定含有的陽離子是Fe²⁺，操作Ⅲ中發(fā)生反應的化學方程式為：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
故答案為：Fe²⁺，3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
（4）依據(jù)上述分析可知溶液中一定含有Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-五種離子；
故答案為：5；
（5）另取l00mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為氧化鐵和氧化銅，反應過程中的反應是亞鐵離子和氫氧根離子形成氫氧化亞鐵白色沉淀，灼燒過程中氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，氫氧化鐵分解生成氧化鐵，銅離子和氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化銅，灼燒分解得到氧化銅，反應的方程式為4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃=Fe₂O₃+3H₂O，Cu（OH）₂=CuO+H₂O，依據(jù)鐵元素守恒計算得到，l00mL原溶液中Fe²⁺濃度為0.2mol/L，所以亞鐵離子物質(zhì)的量為0.02mol，氧化鐵物質(zhì)的量為0.01mol，所以得到氧化鐵的質(zhì)量=0.01mol×160g/mol=1.6g，Cu²⁺離子物質(zhì)的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，氧化銅質(zhì)量=0.02mol×80g/mol=1.6g；所以質(zhì)量=1.6g+1.6g=3.2g；
故答案為：3.2g，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；

點評：本題考查了離子檢驗的實驗方法和反應現(xiàn)象分析，掌握離子性質(zhì)和溶液中電荷守恒計算判斷存在的離子是解題關(guān)鍵，題目難度較大．