Question

3．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溶液進行如下實驗：
提示：（Al³⁺和CO₃^2-在溶液中因能發(fā)生反應而不能大量共存）
（1）第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生
（2）第二份逐滴加入NaOH溶液至過量后加熱，收集到氣體0.02mol，同時得到溶液甲
（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，質量為11.65g．根據(jù)上述實驗回答：
（1）肯定存在的離子是K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（2）肯定不存在的離子是Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺；
（3）可能存在的離子是Cl^-；
（4）依次寫出實驗（2）中滴加NaOH溶液的過程中所發(fā)生反應的離子方程式Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（5）確定溶液中的陽離子的物質的量濃度：c（Al³⁺）=0.2mol．l^-1、c（NH₄⁺）=0.2mol．l^-1、c（K⁺）≥0.2mol．l^-1．

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，質量為1.02g，說明原溶液中一定存在Al³⁺，結合離子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g為氧化鋁的質量，其物質的量為：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=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，質量為11.65g，則硫酸鋇的物質的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=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)此對各選項進行判斷．

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，質量為1.02g，說明原溶液中一定存在Al³⁺，結合離子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g為氧化鋁的質量，其物質的量為：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=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，質量為11.65g，則硫酸鋇的物質的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=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-，
故答案為：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（2）一定不存在的離子為：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，
故答案為：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺；
（3）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：Cl^-；
（4）實驗（2）中滴加NaOH溶液的過程中，鋁離子優(yōu)先與氫氧根離子反應生成氫氧化鋁沉淀，然后銨根離子與氫氧根離子結合生成一水合氨，最后氫氧化鋁溶解，按照反應先后順序所發(fā)生反應的離子方程式為：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案為：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（5）溶液中正電荷的總物質的量為：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol，
負電荷的總物質的量為：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，則鉀離子的物質的量至少為：0.1mol-0.08mol=0.02mol，其濃度c（K⁺）≥$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L；
鋁離子的濃度為：c（Al³⁺）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L、銨根離子的濃度為：c（NH₄⁺）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，
故答案為：c（Al³⁺）=0.2mol．l^-1、c（NH₄⁺）=0.2mol．l^-1、c（K⁺）≥0.2mol．l^-1．

點評 本題考查常見離子的檢驗，題目難度中等，采用定性實驗和定量計算分析相結合的模式，增大了解題難度，同時涉及離子共存、離子反應等都是解題需注意的信息，尤其是K⁺的確定易出現(xiàn)失誤．