Question

14．某水溶液中可能含有Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、Cl^-、SO₄^2-离子中的若干种．某同学取200mL该溶液分成两等份依次进行如下实验：①向第一份溶液中加过量的NaOH溶液后加热，充分反应后生成0.02mol气体，无沉淀产生，同时得到溶液甲．②向溶液甲中通入过量的CO₂气，充分反应生成白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、灼烧至恒重得到1.02g固体．③向第二份溶液中加入足量的BaCl₂溶液，充分反应生成白色沉淀，沉淀用盐酸充分洗涤、干燥，得到11.65g固体．据此，该同学得到的结论正确的是（　　）

• A． 实验①中产生的气体为氨，并可得原溶液中c（NH₄⁺）=0.1 mol•L^-1
• B． 实验③中的沉淀里一定有BaSO₄，可能有Mg（OH）₂
• C． 若要确定原溶液中是否含有Cl^-，无需另外再设计实验验证
• D． 原溶液中一定含有Na⁺，且c（Na⁺）≥0.2 mol•L^-1

Answer 1

分析 ①第一份加过量NaOH溶液后加热，收集到0.02mol气体，即为氨气，一定含有NH₄⁺，物质的量为0.02mol，浓度为：$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，无沉淀生成，则一定不含有Fe³⁺、Mg²⁺；
②向甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，即为氢氧化铝，则原溶液中一定有Al³⁺，一定不含有碳酸根离子，铝离子和过量的氢氧化钠反应生成偏铝酸钠溶液，溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，即为氢氧化铝，氢氧化铝沉淀经过滤、洗涤、灼烧后，得到1.02g固体即为氧化铝，根据铝元素守恒，得到铝离子的物质的量是$\frac{1.02g}{102g/mol}$×2=0.02mol，浓度为：$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L；
③第二份加足量BaCl₂溶液后，生成白色沉淀，则一定含有硫酸根离子，无钡离子．沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，得到11.65g固体即硫酸钡的质量是11.65g，物质的量为：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，根据元素守恒，所以硫酸根离子的物质的量是0.05mol，浓度为：$\frac{0.05mol}{0.1L}$=0.5mol/L，
综上可知，一定含有的离子是：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其浓度分别是：0.2mol/L；0.2mol/L；0.5mol/L，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、SO₄²，不能确定是否存在氯离子．以此解答该题．

解答 解：①第一份加过量NaOH溶液后加热，收集到0.02mol气体，即为氨气，一定含有NH₄⁺，物质的量为0.02mol，浓度为：$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，无沉淀生成，则一定不含有Fe³⁺、Mg²⁺；
②向甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，即为氢氧化铝，则原溶液中一定有Al³⁺，一定不含有碳酸根离子，铝离子和过量的氢氧化钠反应生成偏铝酸钠溶液，溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，即为氢氧化铝，氢氧化铝沉淀经过滤、洗涤、灼烧后，得到1.02g固体即为氧化铝，根据铝元素守恒，得到铝离子的物质的量是$\frac{1.02g}{102g/mol}$×2=0.02mol，浓度为：$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L；
③第二份加足量BaCl₂溶液后，生成白色沉淀，则一定含有硫酸根离子，无钡离子．沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，得到11.65g固体即硫酸钡的质量是11.65g，物质的量为：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，根据元素守恒，所以硫酸根离子的物质的量是0.05mol，浓度为：$\frac{0.05mol}{0.1L}$=0.5mol/L，
综上可知，一定含有的离子是：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其浓度分别是：0.2mol/L；0.2mol/L；0.5mol/L，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、SO₄²，不能确定是否存在氯离子．
A．根据以上分析可知，c （NH₄⁺）=0.2 mol•L^-1，故A错误；
B．根据以上分析可知，③中的白色沉淀中一定有BaSO₄，因溶液不存在镁离子，则没有生成氢氧化镁，故B错误；
C．由以上分析可知，不能确定存在氯离子，故C错误；
D．任何溶液中都存在电荷守恒，NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其浓度分别是：0.2mol/L；0.2mol/L；0.5mol/L，可以知道NH₄⁺、Al³⁺的正电荷总量小于SO₄^2-负电荷总量，依据电荷守恒，则一定有Na⁺存在，若无氯离子存在，则0.2×1+0.2×3+c（Na⁺）×1=0.5×2，解得c（Na⁺）=0.2mol/L，若含有氯离子，c（Na⁺）＞0.2mol/L，故D正确．
故选D．

点评 本题考查离子的检验，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，题目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，题目难度中等．