Question

【题目】某工业废水中仅含表中的离子中的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相等，均为0.1mol/L。

阳离子	K+ Cu2+ Fe3+ Al3+ Fe2+
阴离子	Cl－ CO32- NO3－ SO42－ SiO32－

甲同学欲探究废水的组成，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中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

请推断：

(1)Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式是____________________。

(2)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），所得溶液的物质的量浓度为___________mol/L（精确到千分位）。

(3)甲同学最终确定原溶液中所含离子是__________________。

(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，得到的固体质量为_____________g。

Answer 1

【答案】3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O 0.045 Fe2+、Cu2+ Cl-、NO3-、SO42- 1.6 g

【解析】

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)，说明没有K+；

Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有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Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，即溶液中有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,说明没有SiO32-；

Ⅳ.向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明有SO42-；根据以上判断分析。

(1)Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体，是Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，其离子方程式：3Fe2++NO3﹣+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O；

(2)标准状况下，将一充满NO2气体的试管，倒扣于水中，至液面不再升高时，发生反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，最后得到的是硝酸，设试管体积为VL，最终试管中所得溶液的浓度c(HNO3)==0.045mol/L；

(3)由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K+、Fe3+；根据Ⅲ可知溶液中含有Fe2+、Cl-、NO3-；根据IV可知溶液中含SO42-。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，所以还有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﹣；

(4)另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+生成Fe(OH)2，又被氧气氧化为Fe(OH)3，Cu2+生成Cu(OH)2，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+)=c·V=0.1mol/L×0.1L=0.01mol；n(Fe2O3)=n(Fe2+)=0.005mol，所以固体质量为：m(CuO)+m(Fe2O3)=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g。