Question

3．今有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-，现取三份100mL溶液进行如下实验：
提示：（Al³⁺和CO₃^2-在溶液中因能发生反应而不能大量共存）
（1）第一份加入AgNO₃溶液有沉淀产生
（2）第二份逐滴加入NaOH溶液至过量后加热，收集到气体0.02mol，同时得到溶液甲
（3）在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为1.02g
（4）第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g．根据上述实验回答：
（1）肯定存在的离子是K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（2）肯定不存在的离子是Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺；
（3）可能存在的离子是Cl^-；
（4）依次写出实验（2）中滴加NaOH溶液的过程中所发生反应的离子方程式Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（5）确定溶液中的阳离子的物质的量浓度：c（Al³⁺）=0.2mol．l^-1、c（NH₄⁺）=0.2mol．l^-1、c（K⁺）≥0.2mol．l^-1．

Answer 1

分析 （1）第一份加入几滴AgNO₃溶液后有沉淀产生，溶液中可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
（2）第二份加过量NaOH溶液加热后，只收集到气体0.02mol，无沉淀生成，该气体是氨气，一定有铵根离子，铵根离子的物质的量是0.02mol，无沉淀生成，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺；
（3）在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为1.02g，说明原溶液中一定存在Al³⁺，结合离子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g为氧化铝的质量，其物质的量为：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，说明每份溶液中含有0.02molAl³⁺；
（4）第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，该白色沉淀为硫酸钡，说明原溶液中一定存在SO₄^2-，则一定不存在钡离子；沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g，则硫酸钡的物质的量为：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，说明每份溶液中含有0.05molSO₄^2-；
0.02molAl³⁺所带正电荷为0.06mol、0.02mol铵根离子带有0.02mol正电荷，而0.05molSO₄^2-所带负电荷为0.1mol，根据电荷守恒可知，说明溶液中一定还含有阳离子K⁺，据此对各选项进行判断．

解答 解：第一份加入几滴AgNO₃溶液后有沉淀产生，溶液中可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
第二份加过量NaOH溶液加热后，只收集到气体0.02mol，无沉淀生成，该气体是氨气，一定有铵根离子，铵根离子的物质的量是0.02mol，无沉淀生成，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺；在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为1.02g，说明原溶液中一定存在Al³⁺，结合离子共存可知一定不存在CO₃^2-；1.02g为氧化铝的质量，其物质的量为：$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol，说明每份溶液中含有0.02molAl³⁺；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，该白色沉淀为硫酸钡，说明原溶液中一定存在SO₄^2-，则一定不存在钡离子；沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g，则硫酸钡的物质的量为：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，说明每份溶液中含有0.05molSO₄^2-；
0.02molAl³⁺所带正电荷为0.06mol、0.02mol铵根离子带有0.02mol正电荷，而0.05molSO₄^2-所带负电荷为0.1mol，根据电荷守恒可知，说明溶液中一定还含有阳离子K⁺，
（1）根据分析可知，一定存在的离子为：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，
故答案为：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（2）一定不存在的离子为：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，
故答案为：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺；
（3）根据分析可知，无法确定是否存在Cl^-，所以溶液中可能存在Cl^-，
故答案为：Cl^-；
（4）实验（2）中滴加NaOH溶液的过程中，铝离子优先与氢氧根离子反应生成氢氧化铝沉淀，然后铵根离子与氢氧根离子结合生成一水合氨，最后氢氧化铝溶解，按照反应先后顺序所发生反应的离子方程式为：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案为：Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓、NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O、Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（5）溶液中正电荷的总物质的量为：n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol，
负电荷的总物质的量为：2n（SO₄^2-）=0.1mol，根据电荷守恒，溶液中一定存在钾离子，由于可能存在氯离子，则钾离子的物质的量至少为：0.1mol-0.08mol=0.02mol，其浓度c（K⁺）≥$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L；
铝离子的浓度为：c（Al³⁺）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L、铵根离子的浓度为：c（NH₄⁺）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，
故答案为：c（Al³⁺）=0.2mol．l^-1、c（NH₄⁺）=0.2mol．l^-1、c（K⁺）≥0.2mol．l^-1．

点评 本题考查常见离子的检验，题目难度中等，采用定性实验和定量计算分析相结合的模式，增大了解题难度，同时涉及离子共存、离子反应等都是解题需注意的信息，尤其是K⁺的确定易出现失误．