Question

某溶液含有K⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Cl^-、CO₃^2-、OH^-、NO₃^-、SO₄^2-中的几种，已知该溶液中各离子物质的量浓度均为0.2mol/L（不考虑水的电离及离子的水解）．为确定该溶液中含有的离子，现进行了如下的操作：
I．取少量溶液，加入KSCN溶液时无明显变化：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成；
Ⅲ．另取溶液加入盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类没有增加．请推断：
（l）仅由操作I及现象可得出的结论是

 

．
（2）仅由操作Ⅱ及现象可得出的结论是

 

．
（3）由操作Ⅲ及现象可得出溶液中一定含有的阳离子是

 

（写离子符号）．操作Ⅲ中发生反应的化学方程式为

 

．
（4）结合三步操作及题干已知，你认为原溶液中所含离子种类共有

 

种．
（5）另取l00mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体质量为

 

g，写出此过程中涉及氧化还原反应的化学方程式

 

．

Answer 1

分析：I．取少量溶液，加入KSCN溶液时无明显变化，证明溶液中不含铁离子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，证明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，说明是一氧化氮氧化为二氧化氮，证明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类没有增加，说明硝酸根离子氧化为亚铁离子生成硝酸铁、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀盐酸，有无色气体生成，溶液中阴离子种类不变，若溶液中含有碳酸根离子，加入盐酸后，溶液中阴离子种类会减少，所以溶液中含有二价铁离子和硝酸根离子；二价铁离子和氢氧根离子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各离子物质的量浓度均为0.2mol/L（不考虑水的电离及离子的水解），根据溶液中阴阳离子电荷相等，二价铁离子和氯离子、硝酸根离子所带电荷相等，溶液中没有氢氧根离子，所以阴离子是硫酸根离子，溶液中呈现二价的阳离子有铜离子，所以溶液中含有铜离子，通过以上分析知，原溶液中含有阳离子为：Fe²⁺，Cu²⁺；含有阴离子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有离子为Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
依据分析推断出的离子减小分析回答问题．

解答：解：I．取少量溶液，加入KSCN溶液时无明显变化，证明溶液中不含铁离子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，证明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，说明是一氧化氮氧化为二氧化氮，证明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类没有增加，说明硝酸根离子氧化为亚铁离子生成硝酸铁、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀盐酸，有无色气体生成，溶液中阴离子种类不变，若溶液中含有碳酸根离子，加入盐酸后，溶液中阴离子种类会减少，所以溶液中含有二价铁离子和硝酸根离子；二价铁离子和氢氧根离子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各离子物质的量浓度均为0.2mol/L（不考虑水的电离及离子的水解），根据溶液中阴阳离子电荷相等，二价铁离子和氯离子、硝酸根离子所带电荷相等，溶液中没有氢氧根离子，所以阴离子是硫酸根离子，溶液中呈现二价的阳离子有铜离子，所以溶液中含有铜离子，通过以上分析知，原溶液中含有阳离子为：Fe²⁺，Cu²⁺；含有阴离子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有离子为Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
（1）仅由操作I及现象可得出的结论是，向溶液中加入KSCN溶液无明显变化，证明溶液中无三价铁离子；
故答案为：溶液中一定不含Fe³⁺；
（2）仅由操作Ⅱ及现象可得出的结论是，取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成证明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
故答案为：溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
（3）依据分析推断可知，由操作Ⅲ及现象可得出溶液中一定含有的阳离子是Fe²⁺，操作Ⅲ中发生反应的化学方程式为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
故答案为：Fe²⁺，3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
（4）依据上述分析可知溶液中一定含有Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-五种离子；
故答案为：5；
（5）另取l00mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体为氧化铁和氧化铜，反应过程中的反应是亚铁离子和氢氧根离子形成氢氧化亚铁白色沉淀，灼烧过程中氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁分解生成氧化铁，铜离子和氢氧根离子结合生成氢氧化铜，灼烧分解得到氧化铜，反应的方程式为4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃=Fe₂O₃+3H₂O，Cu（OH）₂=CuO+H₂O，依据铁元素守恒计算得到，l00mL原溶液中Fe²⁺浓度为0.2mol/L，所以亚铁离子物质的量为0.02mol，氧化铁物质的量为0.01mol，所以得到氧化铁的质量=0.01mol×160g/mol=1.6g，Cu²⁺离子物质的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，氧化铜质量=0.02mol×80g/mol=1.6g；所以质量=1.6g+1.6g=3.2g；
故答案为：3.2g，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；

点评：本题考查了离子检验的实验方法和反应现象分析，掌握离子性质和溶液中电荷守恒计算判断存在的离子是解题关键，题目难度较大．