Question

9．甲溶液可能含有K⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、Cu²⁺、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-八种离子中的若干种．为确定甲溶液的组成，将其分成两等份，进行如下实验：
①向一份溶液中加入足量的NaOH浓溶液并加热，产生的气体在标准状况下体积为4.48L．
②向另一份溶液中加入0.6mol/L的BaCl₂溶液500mL，恰好可以与溶液中的离子完全反应，过滤得66.3g沉淀及滤液．
③向上述沉淀中加入过量的盐酸，产生的气体通入足量澄清的石灰水中，得到一定量的沉淀X．
④向上述滤液中加入1mol/LAgNO₃溶液650mL，恰好可完全反应．据此，请回答下列问题（用相应的离子符号表示）：
（1）上述实验③中得到沉淀X的质量为10g；生成沉淀X的离子方程式为Ca²⁺+CO₂+2OH^-=CaCO₃↓+H₂O．
（2）甲溶液中一定不存在的离子是Ca²⁺、Cu²⁺；可能存在的离子是NO₃^-．
（3）甲溶液一定存在的离子中，物质的量最大的离子是K⁺；物质的量最小的离子是Cl^-，此物质的量最小的离子其物质的量为0.1mol．

Answer 1

分析 ①向一份溶液中加入足量的NaOH浓溶液并加热，产生的气体在标准状况下体积为4.48L，应生成NH₃，则一定含有NH₄⁺，
②向另一份溶液中加入0.6mol/L的BaCl₂溶液500mL，恰好可以与溶液中的离子完全反应，过滤得66.3g沉淀及滤液，沉淀可能为BaSO₄或BaCO₃或二者都有，如为BaSO₄，
则m（BaSO₄）=0.6mol/L×0.5L×233g/mol=69.9g，如为BaCO₃，m（BaCO₃）=0.6mol/L×0.5L×197g/mo=l59.1g，则说明甲中含有SO₄^2-、CO₃^2-；
③向上述沉淀中加入过量的盐酸，产生的气体通入足量澄清的石灰水中，得到一定量的沉淀X，则说明含有CO₃^2-，则一定不存在Ca²⁺、Cu²⁺；
④向上述滤液中加入1mol/LAgNO₃溶液650mL，恰好可完全反应，可知滤液中n（Cl^-）=1mol/L×0.65L=0.65mol，而②加入n（Cl^-）=0.6mol/L×2×0.5L=0.6mol，则说明甲中含有Cl^-，以此解答该题．

解答 解：①向一份溶液中加入足量的NaOH浓溶液并加热，产生的气体在标准状况下体积为4.48L，应生成NH₃，则一定含有NH₄⁺，且n（NH₄⁺）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol；
②向另一份溶液中加入0.6mol/L的BaCl₂溶液500mL，恰好可以与溶液中的离子完全反应，过滤得66.3g沉淀及滤液，沉淀可能为BaSO₄或BaCO₃或二者都有，如为BaSO₄，
则m（BaSO₄）=0.6mol/L×0.5L×233g/mol=69.9g，如为BaCO₃，m（BaCO₃）=0.6mol/L×0.5L×197g/mo=l59.1g，则说明甲中含有SO₄^2-、CO₃^2-，设分别为xmol，为ymol，
则$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.3}\\{233x+197y=66.3}\end{array}\right.$，x=0.2，y=0.1；
③向上述沉淀中加入过量的盐酸，产生的气体通入足量澄清的石灰水中，得到一定量的沉淀X，则说明含有CO₃^2-，则一定不存在Ca²⁺、Cu²⁺；
④向上述滤液中加入1mol/LAgNO₃溶液650mL，恰好可完全反应，可知滤液中n（Cl^-）=1mol/L×0.65L=0.65mol，而②加入n（Cl^-）=0.6mol/L×2×0.5L=0.6mol，则说明甲中含有Cl^-，且n（Cl^-）=0.65mol-0.6mol=0.05mol，如不含NO₃^-，则由电荷守恒可知一定含有K⁺，由n（K⁺）+n（NH₄⁺）=2n（CO₃^2-）+2n（SO₄^2-）+n（Cl^-），
则n（K⁺）=2×0.1mol+2×0.2mol+0.05mol-0.2mol=0.45mol，
因分成两份，则甲含有0.4molNH₄⁺、0.9molK⁺、0.4molSO₄^2-、0.2molCO₃^2-、0.1molCl^-，如含有NO₃^-，则K⁺大于0.9mol，
（1）上述实验③中得到沉淀X为碳酸钙，质量为0.1mol×100g/mol=10g，生成沉淀X的离子方程式为Ca²⁺+CO₂+2OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案为：10g；Ca²⁺+CO₂+2OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
（2）由以上分析可知一定不存在Ca²⁺、Cu²⁺，不能确定是否含有NO₃^-，故答案为：Ca²⁺、Cu²⁺；NO₃^-；
（3）甲含有0.4molNH₄⁺、0.9molK⁺、0.4molSO₄^2-、0.2molCO₃^2-、0.1molCl^-，如含有NO₃^-，则K⁺大于0.9mol，
则物质的量最大的离子是K⁺；物质的量最小的离子是Cl^-，此物质的量最小的离子其物质的量为0.1mol．
故答案为：K⁺；Cl^-；0.1mol．

点评 本题考查物质的鉴别以及混合物的计算，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，注意利用反应的不同现象来区分是解答的关键，明确无机物之间的反应即可解答，题目难度中等．