Question

9．已知某溶液X可能由K⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、AlO₂^-、CO₃^2-、SO₄^2-、I^-、SiO₃^2-、MnO₄^-中的若干种离子组成．某化学兴趣小组通过下列实验确定了其组成．
（1）根据下列实验步骤和现象，推断实验结论：

实验步骤与实验现象	实验结论
Ⅰ．观察溶液：无色透明	①原溶液中一定不含的离子是Cu2+、MnO4-、Fe2+
Ⅱ．取适量该溶液，加入过量的硝酸，有气体生成，并得到无色溶液	②原溶液中一定不含的离子是Mg2+、Ag+、Ba2+、Al3+、I-、SiO32-，一定含有的离子是CO32-、K+
Ⅲ．在Ⅱ所得溶液中再加入过量的碳酸氢铵溶液，有气体生成，同时析出白色沉淀A	③原溶液中还一定含有的离子是AlO2-，生成沉淀A的离子方程式为Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑
Ⅳ．在Ⅲ所得溶液中再逐滴加入氢氧化钡溶液至过量，加热也有气体生成，同时析出白色沉淀B	④白色沉淀B中一定含有BaCO3，可能含有BaSO4

（2）上述实验步骤Ⅳ中开始阶段发生反应的离子方程式一定有2HCO₃^-+Ba²⁺+2OH=BaCO₃↓+2H₂O+CO₃^2-．
（3）该化学兴趣小组的同学为了进一步确定B的成分，取一定量经洗涤后的B与Y溶液反应，白色固体的物质的量与Y溶液体积之间的关系如图所示．
Y可能为HCl或HNO₃，B的组成为BaCO₃、BaSO₄且$\frac{n（BaS{O}_{4}）}{n（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{2}{3}$．
（4）已知氧氧化铝电离出H⁺比碳酸氢钠电离出H⁺更难．根据上述推断，取少量原溶液于试管中，向试管中滴加少量硫酸氢钠稀溶液至过量，按先后顺序可以观察到的现象有先是生成白色沉淀，然后产生气泡，最后沉淀溶解．写出最后发生反应的离子方程式：Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．

Answer 1

分析 I．观察溶液：无色透明，则一定不存在有色离子：Cu²⁺、MnO₄^-、Fe²⁺；
Ⅱ．取适量该溶液，加入过量的硝酸，有气体生成，该气体为二氧化碳，则溶液中一定存在CO₃^2-，一定不存在与CO₃^2-离子反应的Mg²⁺、Ag⁺、Ba²⁺、Al³⁺离子；得到无色溶液，则一定不存在I^-、SiO₃^2-，再根据溶液呈电中性判断原溶液中一定存在唯一阳离子K⁺；
Ⅲ．在Ⅱ所得溶液中再加入过量NH₄HCO₃溶液，有气体生成，同时析出白色沉淀A，说明溶液中一定存在铝离子，原溶液中一定存在AlO₂^-；
IV．在Ⅲ所得溶液中含有过量的碳酸氢铵，加入过量Ba（OH）₂溶液至过量，加热会有氨气生成，白色沉淀可能为碳酸钡或碳酸钡和硫酸钡的混合物，
以此解答该题．

解答 解：（1）I．观察溶液：无色透明，则一定不存在有色离子：Cu²⁺、MnO₄^-、Fe²⁺；
Ⅱ．取适量该溶液，加入过量的硝酸，有气体生成，该气体为二氧化碳，则溶液中一定存在CO₃^2-，一定不存在与CO₃^2-离子反应的Mg²⁺、Ag⁺、Ba²⁺、Al³⁺离子；得到无色溶液，则一定不存在I^-、SiO₃^2-，再根据溶液呈电中性判断原溶液中一定存在唯一阳离子K⁺；
Ⅲ．在Ⅱ所得溶液中再加入过量NH₄HCO₃溶液，有气体生成，同时析出白色沉淀A，说明溶液中一定存在铝离子，原溶液中一定存在AlO₂^-，反应的离子方程式为Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
IV．在Ⅲ所得溶液中含有过量的碳酸氢铵，加入过量Ba（OH）₂溶液至过量，加热会有氨气生成，白色沉淀可能为碳酸钡或碳酸钡和硫酸钡的混合物，
故答案为：

实验步骤和实验现象	实验结论
Ⅰ．观察溶液：无色	①Cu2+、MnO4-、Fe2+
Ⅱ．取适量该溶液，加入过量的硝酸，有气体生成，并得到无色溶液	②Mg2+、Ag+、Ba2+、Al3+、I-、SiO32-；CO32-、K+
Ⅲ．在Ⅱ所得的溶液中再加入过量的碳酸氢铵溶液，有气体生成，同时析出白色沉淀A	③AlO2-；Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑
Ⅳ．在Ⅲ所得溶液中再逐滴加入氢氧化钡溶液至过量，加热也有气体生成，同时析出白色沉淀B	④BaCO3；BaSO4

（2）实验Ⅳ中开始阶段发生反应为过量的碳酸氢铵与氢氧化钡反应，反应的离子方程式为：2HCO₃^-+Ba²⁺+2OH=BaCO₃↓+2H₂O+CO₃^2-，
故答案为：2HCO₃^-+Ba²⁺+2OH=BaCO₃↓+2H₂O+CO₃^2-；
（3）沉淀B部分溶液Y酸，Y可能为硝酸或盐酸，则B中一定含有BaCO₃、BaSO₄，由图象可知$\frac{n（BaS{O}_{4}）}{n（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{2}{3}$，
故答案为：HCl或HNO₃；BaCO₃、BaSO₄且$\frac{n（BaS{O}_{4}）}{n（BaC{O}_{3}）}$=$\frac{2}{3}$；
（4）已知氧氧化铝电离出H⁺比碳酸氢钠电离出H⁺更难．根据上述推断，取少量原溶液于试管中，向试管中滴加少量硫酸氢钠稀溶液至过量，先是生成氢氧化铝沉淀，然后产生气泡，最后发生反应为氢氧化铝的溶解，反应的离子方程式为Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，
故答案为：先是生成白色沉淀，然后产生气泡，最后沉淀溶解；Al（OH）₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O．

点评 本题考查无机物的推断，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力的考查，题目涉及离子共存、常见离子的检验，题目难度中等，试题的题量较大，注意掌握常见离子的性质及检验方法，明确离子反应发生的条件及离子共存的条件．