题目内容

7．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-　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-、SO42-；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+（用离子方程式说明）．
（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，此过程中涉及的离子方程式为Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓、Al3++4OH-═AlO2-+2H2O．充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，得到的固体质量为0.4g．

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+，CO32-；
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SO42-，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+，CO32-；
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SO42-；
（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-，SO42-，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-、SO42-，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-、SO42-；酸；Mg2++2H2O?Mg（OH）2+2H+、Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+；
（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Mg2+、Al3+ 反应生成Mg（OH）2，NaAlO2，涉及的离子方程式为Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓、Al3++4OH-═AlO2-+2H2O；充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，根据元素守恒：n（MgO）=n（Mg2+）=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol；m（MgO）=0.01mol×40g/mol=0.4g；
故答案为：Mg2++2OH-═Mg（OH）2↓、Al3++4OH-═AlO2-+2H2O；0.4．

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．

练习册系列答案
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17．某同学用40mL 0.50mol/L盐酸和40mL 0.55mol/L NaOH
溶液反应，测定强酸与强碱反应的反应热，装置如图所示．请回答下列问题．
（1）图示实验装置中缺少的一种仪器是环形玻璃搅拌棒，大、小烧杯间填满泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失．
（2）若大烧杯上不盖硬纸板，测得的△H将偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（3）该同学实验数据记录如下．
温度实验次数起始温度t1/℃终止温度t2/℃
盐酸NaOH溶液混合溶液
120.020.123.2
220.220.423.4
320.520.623.6
假设0.50mol/L盐酸和0.55mol/LNaOH溶液的密度都是1g/cm3，中和后生成溶液的比热容c=4.18J/（g•℃）．依据实验数据计算，生成1mol水时的反应热△H=-51.83kJ/mol．
18．在标准状况下，相同质量的下列气体中体积最小的是（　　）
A．Cl2B．N2C．H2D．CO2
15．把CO2通入含NaOH 0.8g的碱溶液中，将产物在减压条件下蒸干后，得固体1.37g，则通入CO2的质量是（　　）
A．0.44 gB．0.88 gC．0.66 gD．都不是
2．下列电离方程式错误的是（　　）
A．（NH4）2SO4溶于水（NH4）2SO4═2NH4++SO42-
B．H3PO4溶于水H3PO4?3H++PO43-
C．HF溶于水HF?H++F
D．NaHS溶于水NaHS═Na++HS-，HS-?H++S2-
12．下列说法正确的是（　　）
A．物质都是由元素组成的
B．两种元素只能形成一种化合物
C．物质的分类有多个标准，但是酸只有一种分类标准，即含氧酸和无氧酸
D．酸性氧化物均能与碱反应生成盐和水
E．酸性氧化物均能与水反应生成相应的酸
F．碱性氧化物均能与水反应生成相应的碱
6．硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料．实验中可将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体（装置如图1所示）．
（1）配制质量分数20%的硫酸需要100mL 98%的浓硫酸（密度为1.84g/cm3）和717.6ml蒸馏水．配制所需仪器除烧杯、量筒、胶头滴管外，还需要的仪器玻璃棒．
（2）图2是图1的改进装置，为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：
方案1：以空气为氧化剂．将铜粉在某仪器A中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应．反应后，过滤、蒸发、结晶等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO4•5H2O晶体．
方案2：将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应．向反应液中加Fe2（SO4）3，即发生反应．反应完全后向其中先加物质甲、后加物质乙，取样检验后，过滤、蒸发、结晶，滤渣可循环使用．[已知Fe（OH）2、Fe（OH）3和Cu（OH）2完全沉淀时的pH分别为9.6、3.7、6.4．]
（3）方案1中的A仪器名称是坩埚．
（4）方案2中物质甲可以是f （选填答案编号，下同），物质乙可以是bc．
a．Cu     b．CuCO3      c．CuO        d．氨水     e．氯水     f．双氧水
（5）用铜粉制硫酸，上述方案1、方案2都不是十分理想，一种更符合绿色化学理念的是在氧气存在时用热稀硫酸与铜反应，其化学方程式是：2Cu+O2+2H2SO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO4+2H2O．
3．硫酸锌是制备荧光粉的原料之一．工业上由锌白矿（主要成分是ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂质）制备ZnSO4•7H2O的流程如下．

已知：常温下，溶液中的Fe3+、Zn2+、Fe2+以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为：3.7，6.5，9，7．
（1）浸取过程中提高浸出效率可采用的措施有将矿石粉碎或提高浸取温度或适当增加酸的浓度等（任答一条），ZnO和硫酸反应的化学方程式为ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O．
（2）加入适量锌粉的作用为：①使溶液中的Fe3+转化为Fe2+；②除去Cu2+．
（3）氧化过程中H2O2发生反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O．
（4）加入适量Ca（OH）2调节溶液pH，促进Fe3+水解，Fe3+水解反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，Ca（OH）2不能过量的原因是防止生成Zn（OH）2．
4．铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其作用成分为金属铝、三氧化二铝、二氧化硅及少量的氧化亚铁、氧化铁等．用铝灰制备Al2（SO4）3•18H2O，工艺流程如下（部分操作或条件略）：
Ⅰ．向铝灰中加入过量稀硫酸，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量KMnO4溶液，然后调节溶液的PH约为3；
Ⅲ．加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；
Ⅳ．加入MnSO4至紫红色消失，过滤；
Ⅴ．浓缩、结晶、分离，得到产品．
已知：生成氢氧化物沉淀与PH的关系
  Al（OH）3 Fe（OH）2 Fe（OH）3
 开始沉淀时 3.4 6.3 1.5
 完全沉淀时 4.7 8.3 2.8
（1）写出步骤Ⅱ中加入过量KMnO4溶液时发生反应的离子方程式：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O
（2）已知：一定条件下，MnO4-与Mn2+反应生成MnO2．
①向步骤Ⅲ产生的沉淀中加入浓盐酸并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是生成黄绿色气体．
②Ⅳ中加入MnSO4的目的是除去过量的MnO4-．
（3）对Al2（SO4）3粗产品进行定量分析，步骤如图所示：

①操作c是称量，所需仪器名称为托盘天平．
②加入试剂b后发生反应的离子方程式为Al3++3NH3•H2O═Al（OH）3↓+3NH4+．
③配制的Al2（SO4）3的待测液中c（Al3+）=5.0mol/L．（保留两位有效数字）

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