Question

2．1000mL某待测液中除含有0.2mol•L^-1的Na⁺外，还可能含有下列离子中的一种或多种：

阳离子	K+、NH4+、Fe3+、Ba2+
阴离子	Cl-、Br-、CO32-、HCO3-、SO32-、SO42-

现进行如下实验操作（所加试剂均过量）：

（1）写出生成白色沉淀B的离子方程式：HCO₃^-+Ba²⁺+OH^-=BaCO₃↓+H₂O．
（2）若无色气体D是单一气体：
①将阴离子的物质的量浓度填入下表中（一定不存在的填“0”，不能确定的填“？”）：

阴离子	Cl-	Br-	CO32-	HCO3-	SO32-	SO42-
浓度/mol•L-1

②判断原溶液中K⁺是否存在，若存在，求其物质的量浓度的最小值，若不存在，请说明理由：存在，K⁺离子最小浓度为0.1mol/L．
（3）若无色气体D是混合气体，待测液中一定含有的阴离子是CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）待测液和氯化钡溶液反应得到沉淀A，则溶液中可能含有CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-，向沉淀中加入稀硝酸生成气体，且有部分沉淀不溶解，则溶液中存在CO₃^2-，可能存在SO₃^2-、SO₄^2-中的两种或一种，根据离子共存知，溶液中不存在Ba²⁺；
滤液A中有Ba²⁺，加入过量的NaOH溶液得到气体B、白色沉淀B，则溶液中一定含有NH₄⁺、HCO₃^-，一定不存在Fe³⁺，气体B为NH₃，白色沉淀B为BaCO₃，滤液B中通入氯气，得浅黄绿色溶液，溶液中一定没有Br^-，滤液B中加入硝酸银、硝酸溶液得到白色沉淀C，C为AgCl，说明滤液B中含有Cl^-，由于加入氯化钡溶液，不能确定原溶液中是否含有Cl^-；
（2）若无色气体D是单一气体，则D为CO₂，E为CaCO₃，溶液中含有CO₃^2-，白色沉淀D只能为BaSO₄，溶液中一定没有SO₃^2-，一定含有SO₄^2-，计算B（碳酸钡）、E（碳酸钙）、硫酸钡的物质的量，根据离子守恒计算各离子的浓度；
根据电荷守恒判断是否含有钾离子，若溶液含有K⁺，当溶液中没有Cl^-，K⁺离子浓度最小，根据电荷守恒计算；
（3）溶液中一定含有CO₃^2-、HCO₃^-，不能确定原溶液中是否含有Cl^-，溶液中一定没有Br^-，若无色气体D是混合气体，只能为CO₂、NO混合气体，白色沉淀D只能为BaSO₄，溶液中一定含有SO₃^2-，不能确定是否含有SO₄^2-．

解答 解：待测液和氯化钡溶液反应得到沉淀A，则溶液中可能含有CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-，向沉淀中加入稀硝酸生成气体，且有部分沉淀不溶解，则溶液中存在CO₃^2-，可能存在SO₃^2-、SO₄^2-中的两种或一种，根据离子共存知，溶液中不存在Ba²⁺；
滤液A中有Ba²⁺，加入过量的NaOH溶液得到气体B、白色沉淀B，则溶液中一定含有NH₄⁺、HCO₃^-，一定不存在Fe³⁺，气体B为NH₃，白色沉淀B为BaCO₃，滤液B中通入氯气，得浅黄绿色溶液，溶液中一定没有Br^-，滤液B中加入硝酸银、硝酸溶液得到白色沉淀C，C为AgCl，说明滤液B中含有Cl^-，由于加入氯化钡溶液，不能确定原溶液中是否含有Cl^-；
（1）由上述分析可知，白色沉淀B为碳酸钡，是由HCO₃^-、Ba²⁺、OH^-反应生成，反应离子方程式为：HCO₃^-+Ba²⁺+OH^-=BaCO₃↓+H₂O，
故答案为：HCO₃^-+Ba²⁺+OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
（2）①由上述分析可知，不能确定原溶液中是否含有Cl^-，溶液中一定没有Br^-．
若无色气体D是单一气体，则D为CO₂，E为CaCO₃，溶液中含有CO₃^2-，白色沉淀D只能为BaSO₄，溶液中一定没有SO₃^2-，一定含有SO₄^2-，
B（碳酸钡）的物质的量=$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol，则n（HCO₃^-）=0.1mol，故c（HCO₃^-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，
E（碳酸钙）的物质的量=$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol，则n（CO₃^2-）=0.1mol，故c（CO₃^2-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，
D（硫酸钡）的物质的量=$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，则n（SO₄^2-）=0.05mol，故c（SO₄^2-）=$\frac{0.05mol}{1L}$=0.05mol/L，
故答案为：

阴离子	Cl-	Br-	CO32-	HCO3-	SO32-	SO42-
浓度/mol•L-1	？	0	0.1	0.1	0	0.05

②n（NH₄⁺）=n（NH₃）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，则c（NH₄⁺）=0.1mol/L，溶液中c（Na⁺）=0.2mol/L，c（HCO₃^-）=0.1mol/L，c（CO₃^2-）=0.1mol/L，c（SO₄^2-）=0.05mol/L，单位体积为正电荷=1×0.1mol/L+1×0.2mol/L=0.3mol/L，单位体积内负电荷=1×0.1mol/L+2×0.1mol/L+2×0.05mol/L=0.4mol/L，则单位体积为正电荷＜单位体积内负电荷，故一定含有K⁺，当溶液中没有Cl^-，K⁺离子浓度最小，根据电荷守恒可知，c（K⁺）最小浓度=0.4mol/L-0.3mol．L=0.1mol/L，
故答案为：存在；K⁺离子最小浓度为0.1mol/L；
（3）①由上述分析可知，溶液中一定含有CO₃^2-、HCO₃^-，不能确定原溶液中是否含有Cl^-，溶液中一定没有Br^-．
若无色气体D是混合气体，只能为CO₂、NO混合气体，白色沉淀D只能为BaSO₄，溶液中一定含有SO₃^2-，不能确定是否含有SO₄^2-，待测液中一定含有的阴离子是CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-，
故答案为：CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-．

点评 本题考查了离子的推断、检验，熟悉物质的性质是解本题关键，根据实验过程中反应现象、离子共存条件来确定溶液中存在的离子，注意根据溶液中电荷守恒确定钾离子是否存在，同时考查学生综合运用知识解决问题的能力，题目难度较大．