题目内容
【题目】工业废水中仅含下表离子中的5种(不考虑水的电离及离子的水解),且各种离子的物质的量浓度均为0.1 molL-1 。
阳离子 | K+、Cu2+、Fe3+、Al3+、Fe2+ |
阴离子 | Cl-、CO32-、NO3-、SO42-、SiO32- |
某同学欲探究该废水的组成,进行了如下实验:
Ⅰ.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)。
Ⅱ.取少量溶液,加入KSCN溶液无明显变化。
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,且溶液中阴离子种类不变。
Ⅳ.向Ⅲ中所得溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成。
请回答下列问题:
(1)甲同学最终确定原溶液中所含阳离子有 _____________,阴离子有__________。(写离子符号)
(2)Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式为___________________________。
(3)将Ⅲ中红棕色气体(标况下)收集一满试管然后倒扣入水中(假设溶质不扩散),所得溶液中溶质的物质的量浓度为___________ molL-1 (精确到小数点后第三位)。
(4)另取100mL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,得到的固体的质量为______g。
【答案】Fe2+、Cu2+ Cl-、NO3-、SO42- 3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O 0.045 1.6
【解析】
由实验可知,Ⅰ.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),说明溶液中没有K+;Ⅱ.取少量溶液,加入KSCN溶液无明显变化,说明溶液中没有Fe3+;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,且溶液中阴离子种类不变,说明溶液中Fe2+与NO3-和H+反应生成NO,即溶液中含有Fe2+、NO3-,加盐酸溶液中阴离子种类不变,说明原溶液中有Cl-,加盐酸溶液依然澄清加盐酸说明溶液中没有SiO32-;Ⅳ.向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成,说明溶液中含有SO42-。
(1)由以上推断可知溶液中阴离子为Cl-、NO3-、SO42-,且各为0.1mol/L,已经推断出的阳离子是Fe2+,其浓度为0.1mol/L,由电荷守恒可知溶液中还有一种+2价阳离子,则溶液中还有Cu2+,所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是Fe2+、Cu2+;阴离子是Cl-、NO3-、SO42-,故答案为:Fe2+、Cu2+;Cl-、NO3-、SO42-;
(2)Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体,是Fe2+与NO3-和H+反应生成Fe3+、NO和水,反应的离子方程式为3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O,故答案为:3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O;
(3)二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮,反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO,设标况下二氧化氮的体积为VL,则二氧化氮的物质的量为=
mol,由方程式可知反应后溶液的体积为
L,硝酸的物质的量为
×
mol,则硝酸的物质的量浓度为
=0.045mol/L,故答案为:0.045;
(4)另取100mL原溶液,加入足量的NaOH溶液,Fe2+与氢氧化钠溶液反应生成Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2沉淀又被空气中的氧气氧化,最终生成Fe(OH)3,Cu2+与氢氧化钠溶液反应生成生成Cu(OH)2沉淀,充分反应后过滤,洗涤,灼烧至恒重,得到的固体为Fe2O3和CuO,根据元素守恒:n(CuO)=n(Cu2+)=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol,n(Fe2O3)=n(Fe2+)/2=0.005mol,所以固体质量为:m(CuO)+m(Fe2O3)=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g,故答案为:1.6。
