Question

9．某工业废水含有下列离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），K⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Cl^-、CO₃^2-、NO₃^-、SO₄^2-，且各种离子的物质的量浓度相等．甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：
①用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察无紫色火焰．
②另取溶液加入足量稀盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变．
③另取溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
根据上述实验，回答下列问题：
（1）步骤①可以确定一定不存在K⁺．（填化学式）
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）步骤③中的白色沉淀为BaSO₄．（填化学式）
（4）原溶液中所含的5种离子为：Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．

Answer 1

分析 用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察无紫色火焰，则说明没有K⁺；另取溶液加入足量稀盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，则说明含有具有氧化性的NO₃^-和还原性的Fe²⁺；若向溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明原溶液中含有CO₃^2-或SO₄^2-，因为有Fe²⁺所以没有CO₃^2-，结合溶液中的电荷守恒分析．

解答 解：用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察无紫色火焰，则说明没有K⁺；另取溶液加入足量稀盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，则说明含有具有氧化性的NO₃^-和还原性的Fe²⁺；若向溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明原溶液中含有CO₃^2-或SO₄^2-，因为有Fe²⁺所以没有CO₃^2-，
（1）由以上分析可知没有K⁺，故答案为：K⁺；
（2）加入少量盐酸生成无色气体，是Fe²⁺与NO₃^-和H⁺反应生成NO，其离子方程式：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
故答案为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）由以上分析可知，若向溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明原溶液中含有CO₃^2-或SO₄^2-，因为有Fe²⁺所以没有CO₃^2-，则步骤③中的白色沉淀为BaSO₄，故答案为：BaSO₄；
（4）已知各种离子的物质的量浓度相等，阴离子电荷比阳离子电荷多，所以还有另外的阳离子Cu²⁺或Al³⁺，若有Cu²⁺，阳离子的电荷多还须有Cl^-，若有Al³⁺，阴离子加上Cl^-，电荷仍不守恒；所以根据电荷守恒可知还有Cu²⁺、Cl^-，所以原溶液中所含的离子为：Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-，
故答案为：Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．

点评 本题考查了离子检验的实验方法和反应现象分析，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，掌握离子性质和溶液中电荷守恒计算判断存在的离子是解题关键，题目难度较大．