Question

4．某无色溶液中只可能含有NH₄⁺、K⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cl^-、SO₄^2-等离子中的几种，现按下列步骤进行实验：
①该溶液的焰色反应呈现出紫色．
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀，向滤液中加入AgNO₃溶液未碱沉淀产生．
③另取10mL该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀，当沉淀增加到一定量后开始产生气体，最后沉淀完全溶解，并且随NaOH溶液的加入，沉淀和气体的变化关系如图所示：

（1）该溶液中一定含有的离子是K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含有的离子是Cl^-、Fe³⁺．
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓．
（3）图中CD段发生反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）根据图中所示数据，计算实验中使用NaOH溶液的物质的量浓度为1mol/L，焰色反应呈现紫色的离子的物质的量浓度为1mol/L．

Answer 1

分析 ①某无色溶液一定不含Fe³⁺离子，根据焰色反应的颜色紫色判断K⁺的存在，根据溶液中离子的颜色解答；
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀，生成沉淀为BaSO₄，说明溶液中含有SO₄^2-，向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生，则溶液中没有Cl^-；
③另取10mL该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀，当沉淀增加到一定量后开始产生气体，说明溶液中含有NH₄⁺，最后沉淀完全溶解．则说明溶液中含有Al³⁺；
（1）根据①②③分析解答；
（2）钡离子和硫酸根离子反应生成白色沉淀硫酸钡不溶于稀硝酸；
（3）氢氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，并根据弱酸，弱碱，水，氧化物等不拆书写离子方程式；
（4）根据图象纵坐标可判断Al（OH）₃和氨气的物质的量；根据Al（OH）₃的两性可计算NaOH的浓度；根据图示信息分析该溶液中焰色反应呈现紫色的离子为K⁺，根据溶液呈电中性解答．

解答 解：①溶液透过蓝色钴玻璃焰色反应呈紫色，说明溶液中含有K⁺离子，溶液呈无色，则一定不含Fe³⁺离子；
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀，根据SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓知溶液中含有SO₄^2-为0.03mol；向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生，则溶液中没有Cl^-；
③另取10mL该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀，则说明溶液中含有Al³⁺，
（1）由①②③得该溶液中一定含有的离子是K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；一定不含有的离子是Cl^-、Fe³⁺，
故答案为：K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；Cl^-、Fe³⁺；
（2）钡离子和硫酸根离子反应生成白色沉淀硫酸钡不溶于稀硝酸，故离子方程式为SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，
故答案为：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；
（3）氢氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，并根据弱酸，弱碱，水，氧化物等不拆，故离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，结合图象中沉淀的变化关系，知溶液中含有Al³⁺为0.01mol需OH^-为0.03mol；当沉淀增加到一定量后开始产生气体，根据NH₄⁺+OH^-=NH₃↑+H₂O结合图象，知溶液中含有NH₄⁺为0.02mol需OH^-为0.02mol；最后沉淀完全溶解是由于氢氧化铝与NaOH继续反应，反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，结合图象中沉淀的变化关系，需OH^-为0.01mol；实验中使用的NaOH溶液的总物质的量为：0.03mol+0.02mol+0.01mol=0.06mol，结合图象中沉淀的变化关系知此时氢氧化钠溶液的体积为60mL，根据C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.06mol}{0.06L}$=lmol/L；
根据图示信息分析该溶液中焰色反应呈现紫色的离子为K⁺，该溶液中一定含有K⁺、NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；根据（1）③知NH₄⁺为0.02mol，Al³⁺为0.01mol，SO₄^2-为0.03mol，根据溶液呈电中性溶液中阴阳离子所带的正负电荷总数相等，其中正电荷总数为：0.02mol×1+0.01mol×3+n（K⁺）×1=0.05mol+n（K⁺），负电荷总数0.03mol×2=0.06mol，所以n（K⁺）=0.01mol，根据C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.01mol}{0.01L}$=lmol/L，
故答案为：l；l．

点评 本题考查离子的推断，根据题干提供的实验现象结合离子的性质进行推断，题目难度不大．