Question

10．某工业废水仅含下表中的某些离子，且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1mol/L（此数值忽略水的电离及离子的水解）．

阳离子	K+   Ag+   Mg2+   Cu2+   Al3+   NH4+
阴离子	Cl-   CO32-   NO3-   SO42-   SiO32-   I-

甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：
Ⅰ、取该无色溶液5mL，滴加一滴氨水有沉淀生成，且离子种类增加．
Ⅱ、用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，无紫色火焰．
Ⅲ、另取溶液加入过量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色．
Ⅳ、向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
请推断：
（1）由I、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、NH₄⁺、Cu²⁺．
（2）Ⅲ中加入盐酸生成无色气体的离子方程式是6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O．
（3）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子有Mg²⁺、Al³⁺，阴离子有Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-；并据此推测原溶液应该呈酸性，原因是Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺（请用离子方程式说明）．
（4）在100mlHNO₃和H₂SO₄的混合溶液中，两种酸的物质的量浓度之和为0.6mol/L．向该溶液中加入足量的铜粉，加热，充分反应后，所得溶液中Cu²⁺的物质的量浓度最大（反应前后溶液体积变化忽略不计），则H₂SO₄和HNO₃两种酸的物质的量浓度之比为3：2．

Answer 1

分析 Ⅰ．取该无色溶液5mL，说明一定不含有Cu²⁺，滴加一滴氨水有沉淀生成，且离子种类增加，说明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺，可能含有Mg²⁺、Al³⁺，不含NH₄⁺，CO₃^2-；
Ⅱ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察），说明没有K⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，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，说明有还原性离子 I^-与NO₃^-和H⁺反应生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，判断一定不含有Ag⁺；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-，根据以上判断分析．

解答 解：Ⅰ．取该无色溶液5mL，说明一定不含有Cu²⁺，滴加一滴氨水有沉淀生成，且离子种类增加，说明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺，可能含有Mg²⁺、Al³⁺，不含NH₄⁺，CO₃^2-；
Ⅱ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察），说明没有K⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，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，说明有还原性离子 I^-与NO₃^-和H⁺反应生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，判断一定不含有Ag⁺；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-；
（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、NH₄⁺、Cu²⁺；
故答案为：K⁺、NH₄⁺、Cu²⁺；
（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体，是I^-与NO₃^-和H⁺反应生成NO，其离子方程式：6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O；
故答案为：6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O；
（3）由上述分析可知一定含有的阴离子I^-、NO₃^-，SO₄^2-，且各为0.1mol/L，依据电荷守恒可知，推断出的阳离子含有Mg²⁺、Al³⁺，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种-1价的阴离子为Cl^-，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是：Mg²⁺、Al³⁺；阴离子是：Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-，溶液中镁离子和铝离子水解溶液呈酸性，反应的离子方程式为：Mg²⁺+2H₂O?Mg（OH）₂+2H⁺、Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
故答案为：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，两种酸的物质的量浓度之和为0.6mol/L．向该溶液中加入足量的铜粉，加热，充分反应后，要使所得溶液中Cu²⁺的物质的量浓度最大（反应前后溶液体积变化忽略不计），则反应按3Cu+3H₂SO₄+2HNO₃=3CuSO₄+2NO↑+4H₂O进行，H₂SO₄和HNO₃两种酸恰好完全反应，所以H₂SO₄和HNO₃的物质的量浓度之比为3：2，
故答案为：3：2．

点评 本题考查物质的检验、鉴别以及方程式的有关计算，题目难度中等，解答本题的关键是把握有关反应的化学方程式的书写．