题目内容
【题目】某化学研究性学习小组对某无色水样的成分进行检验，已知该水样中只可能含有K+、Mg2+、Fe3+、Cu2+、Al3+、Ag+、Ca2+、CO32－、SO42－、Cl－中的若干种离子。该小组同学取100mL水样进行实验，向水样中先滴加硝酸钡溶液，再滴加1 mol/L的硝酸，实验过程中沉淀质量的变化情况如图所示：
（1）水样中一定含有的阴离子是___________，其物质的量浓度之比为________。
（2）写出BC段所表示反应的离子方程式：___________________。
（3）由B点到C点变化过程中消耗硝酸的体积为________。
（4）试根据实验结果推断K+是否存在___________？（填“是”或“否”）；若存在，K+的物质的量浓度c (K+)的范围是____________。（若K+不存在，则不必回答该问）
（5）设计简单实验验证原水样中可能存在的离子：_________（写出实验步骤、现象和结论）。
【答案】 SO42-、CO32- c(SO42-):c(CO32-)=1:2 BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O 40mL 是 c(K+)≥0.6mol/L 取少量水样于试管中，向试管中加入过量的硝酸钡溶液和稀硝酸，待沉淀完全且没有气泡生成后，向上层清液中滴加适量硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则原水样中含Cl-，若没有白色沉淀，则原水样中不含Cl-。
【解析】本题主要考查离子反应。
（1）无色溶液不含有有色离子Fe3+、Cu2+。向水样中滴加硝酸钡溶液生成沉淀，再滴加1 mol/L的硝酸，沉淀部分溶解，说明沉淀是碳酸钡和硫酸钡，所以水样中一定含有的阴离子是SO42-、CO32-，由图可知硫酸钡的质量是2.33g，相当于0.01mol，碳酸钡是(6.27-2.33)g=3.94g，相当于0.02mol，所以SO42-、CO32-的物质的量浓度之比为1:2。
（2）BC段所表示反应的离子方程式：BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O 。
（3）0.02mol碳酸钡消耗0.04mol硝酸，所以由B点到C点变化过程中消耗硝酸的体积为40mL。
（4）Mg2+、Al3+、Ag+因与CO32-发生反应而不能存在，所以剩余的唯一的阳离子K+一定存在；SO42-、CO32-所带负电荷的物质的量浓度为(0.01+0.02)mol ×2/0.1L=0.6mol/L，Cl-无法确定是否存在，所以K+的物质的量浓度c (K+)的范围是c(K+)≥0.6mol/L。
（5）设计简单实验验证原水样中可能存在的离子：取少量水样于试管中，向试管中加入过量的硝酸钡溶液和稀硝酸，待沉淀完全且没有气泡生成后，向上层清液中滴加适量硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则原水样中含Cl-；若没有白色沉淀，则原水样中不含Cl-。
【题目】某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
（1）检验产物
①取少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。
（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验：
①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：
序号 | 取样时间/min | 现象 |
ⅰ | 3 | 产生大量白色沉淀；溶液呈红色 |
ⅱ | 30 | 产生白色沉淀；较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深 |
ⅲ | 120 | 产生白色沉淀；较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅 |
（资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN）
② 对Fe3+产生的原因作出如下假设：
假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；
假设b：空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；
假设c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；
假设d：根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。
③ 下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是________，操作及现象是________________。
（3）根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：______。
