Question

11．某無色溶液，可能含有以下離子中的若干種：H⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-，現(xiàn)各取兩份100mL溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀產(chǎn)生，經(jīng)洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為9.32g．
②第二份逐滴滴加NaOH溶液，測得沉淀與NaOH溶液的體積關(guān)系如圖．
已知：2Al³⁺+2CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑
（1）由此推斷，原溶液一定含有的陽離子種類及其濃度，將結(jié)果填入下表（可不填滿）．

一定含有的陽離子種類
物質(zhì)的量濃度（mol/L）

（2）無法確定的離子是NO₃^-，如何通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)確證未確定的離子是否存在？用小試管取少量溶液，加入少量濃硫酸，再向試管中加入銅屑并加熱，產(chǎn)生的氣體在空氣中變成紅棕色證明含有硝酸根離子．．

Answer 1

分析 根據(jù)無色溶液可知，有顏色的離子不能存在，一定不含Cu²⁺；
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀產(chǎn)生，經(jīng)洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為9.32g，說明溶液中CO₃^2-和SO₄^2-至少有一種；
③第二份逐滴滴加NaOH 溶液，由圖可知，開始加入氫氧化鈉溶液就有沉淀生成，說明不含有H⁺；沉淀最大時，繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液，沉淀質(zhì)量不變，則溶液中一定含NH₄⁺；后繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液，沉淀部分溶解，推斷一定含有Al³⁺和Mg²⁺；由于Al³⁺和CO₃^2-會發(fā)生雙水解而不共存，所以溶液中一定不含CO₃^2-，則一定含有SO₄^2-；
根據(jù)溶液中的電荷守恒以及離子的檢驗(yàn)方法進(jìn)行解答．

解答 解：根據(jù)無色溶液可知，有顏色的離子不能存在，一定不含Cu²⁺；
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀產(chǎn)生，經(jīng)洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為9.32g，說明溶液中CO₃^2-和SO₄^2-至少有一種；
③第二份逐滴滴加NaOH 溶液，由圖可知，開始加入氫氧化鈉溶液就有沉淀生成，說明不含有H⁺；沉淀最大時，繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液，沉淀部分溶解，推斷一定含有Al³⁺；圖象中有一段平臺，說明加入OH^-時無沉淀生成，有NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，說明含有銨根離子，最后沉淀不能完全溶液，說明溶液中含Mg²⁺，由于Al³⁺和CO₃^2-會發(fā)生雙水解而不共存，所以溶液中一定不含CO₃^2-，則一定含有SO₄^2-，則生成的9.32g沉淀為BaSO₄．
第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀產(chǎn)生，此沉淀為BaSO₄，經(jīng)洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為9.32g，則溶液中n（SO₄^2-）=$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol．
（1）當(dāng)加入40mLNaOH溶液時，剩余的沉淀是Mg（OH）₂，n（Mg（OH）₂）=0.01mol，根據(jù)原子守恒知，n（Mg²⁺）=0.01mol，c（Mg²⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，生成0.01molMg（OH）₂需要n（NaOH）是0.02mol，Al（OH）₃和NaOH反應(yīng)生成NaAlO₂需要NaOH溶液的體積是5mL，則鋁離子和NaOH溶液反應(yīng)生成Al（OH）₃沉淀時需要NaOH溶液的體積是15mL，則生成氫氧化鎂需要NaOH溶液的體積是10mL，所以c（NaOH）=$\frac{0.02mol}{0.01L}$=2.00mol/L，氫氧化鋁和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO₂時，結(jié)合原子守恒知，c（Al³⁺）=$\frac{2mol/L×0.005L}{0.1L}$=0.1mol/L，c（NH₄⁺）=$\frac{2mol/L×0.01L}{0.1L}$=0.2mol/L，溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L，
根據(jù)溶液中電荷守恒知，3c（Al³⁺）+c（NH₄⁺）+2（Mg²⁺）＜2c（SO₄^2-），所以溶液中還存在K⁺，還可能含有NO₃^-，且根據(jù)電荷守恒可知，溶液中的c（K⁺）≥0.1mol/L．
故答案為：

一定含有的離子種類	Mg2+	NH4+	Al3+	K+
物質(zhì)的量濃度（mol/L）	0.1	0.2	0.1	≥0.1

；
（2）通過分析可知，溶液中一定不含H⁺、Cu²⁺、CO₃^2-，一定含NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、SO₄^2-，可能含NO₃^-，故無法確定的是NO₃^-；NO₃^-在酸性環(huán)境下有強(qiáng)氧化性，加入銅粉等還原性物質(zhì)會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成無色的NO氣體，在空氣中會變?yōu)榧t棕色，故答案為：NO₃^-，用小試管取少量溶液，加入少量濃硫酸，再向試管中加入銅屑并加熱，產(chǎn)生的氣體在空氣中變成紅棕色證明含有硝酸根離子．

點(diǎn)評 本題考查了離子共存、離子反應(yīng)的計(jì)算等知識點(diǎn)，定性分析離子共存、定量分析離子的物質(zhì)的量是解本題的關(guān)鍵，題目難度大．