Question

10．某工業(yè)廢水僅含下表中的某些離子，且各種離子的物質(zhì)的量濃度相等，均為0.1mol/L（此數(shù)值忽略水的電離及離子的水解）．

陽離子	K+   Ag+   Mg2+   Cu2+   Al3+   NH4+
陰離子	Cl-   CO32-   NO3-   SO42-   SiO32-   I-

甲同學欲探究廢水的組成，進行了如下實驗：
Ⅰ、取該無色溶液5mL，滴加一滴氨水有沉淀生成，且離子種類增加．
Ⅱ、用鉑絲蘸取溶液，在火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃觀察，無紫色火焰．
Ⅲ、另取溶液加入過量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色．
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⁺、NH₄⁺、Cu²⁺．
（2）Ⅲ中加入鹽酸生成無色氣體的離子方程式是6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O．
（3）甲同學最終確定原溶液中所含陽離子有Mg²⁺、Al³⁺，陰離子有Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-；并據(jù)此推測原溶液應該呈酸性，原因是Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺（請用離子方程式說明）．
（4）在100mlHNO₃和H₂SO₄的混合溶液中，兩種酸的物質(zhì)的量濃度之和為0.6mol/L．向該溶液中加入足量的銅粉，加熱，充分反應后，所得溶液中Cu²⁺的物質(zhì)的量濃度最大（反應前后溶液體積變化忽略不計），則H₂SO₄和HNO₃兩種酸的物質(zhì)的量濃度之比為3：2．

Answer 1

分析 Ⅰ．取該無色溶液5mL，說明一定不含有Cu²⁺，滴加一滴氨水有沉淀生成，且離子種類增加，說明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺，可能含有Mg²⁺、Al³⁺，不含NH₄⁺，CO₃^2-；
Ⅱ．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），說明沒有K⁺；
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，說明有還原性離子 I^-與NO₃^-和H⁺反應生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，判斷一定不含有Ag⁺；
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-，根據(jù)以上判斷分析．

解答 解：Ⅰ．取該無色溶液5mL，說明一定不含有Cu²⁺，滴加一滴氨水有沉淀生成，且離子種類增加，說明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺，可能含有Mg²⁺、Al³⁺，不含NH₄⁺，CO₃^2-；
Ⅱ．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），說明沒有K⁺；
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，說明有還原性離子 I^-與NO₃^-和H⁺反應生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，判斷一定不含有Ag⁺；
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-；
（1）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K⁺、NH₄⁺、Cu²⁺；
故答案為：K⁺、NH₄⁺、Cu²⁺；
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是I^-與NO₃^-和H⁺反應生成NO，其離子方程式：6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O；
（3）由上述分析可知一定含有的陰離子I^-、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Mg²⁺、Al³⁺，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種-1價的陰離子為Cl^-，所以甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是：Mg²⁺、Al³⁺；陰離子是：Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-，溶液中鎂離子和鋁離子水解溶液呈酸性，反應的離子方程式為：Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
故答案為：Mg²⁺、Al³⁺；Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-；酸；Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（4）在100mlHNO₃和H₂SO₄的混合溶液中，兩種酸的物質(zhì)的量濃度之和為0.6mol/L．向該溶液中加入足量的銅粉，加熱，充分反應后，要使所得溶液中Cu²⁺的物質(zhì)的量濃度最大（反應前后溶液體積變化忽略不計），則反應按3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O進行，H₂SO₄和HNO₃兩種酸恰好完全反應，所以H₂SO₄和HNO₃的物質(zhì)的量濃度之比為3：2，
故答案為：3：2．

點評 本題考查物質(zhì)的檢驗、鑒別以及方程式的有關(guān)計算，題目難度中等，解答本題的關(guān)鍵是把握有關(guān)反應的化學方程式的書寫．