某工业废水中仅含表离子中的5种(不考虑水的电离及离子的水解).且各种离子的物质的量浓度相等.均为0.1mol/L．阳离子 K+ Cu2+ Fe3+ Al3+ Fe2+ 阴离子 Cl- CO32- NO3- SO42- SiO32-甲同学欲探究废水的组成.进行了如下实验:I．用铂丝蘸取少量溶液.在火焰上灼烧.无紫色火焰．Ⅱ．取少量溶液.加入KSCN溶液无明显变化� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

20．某工业废水中仅含表离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1mol/L．

阳离子	K⁺　 Cu²⁺　 Fe³⁺　 Al³⁺　 Fe²⁺
阴离子	Cl^-　 CO₃^2-　NO₃^- SO₄^2-　 SiO₃^2-

甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：
I．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察）．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化．
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，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．
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
请推断：
（1）由I、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、Fe³⁺（写离子符号）．
（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式是3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）将Ⅲ中红棕色气体（标况下）收集一满试管然后倒扣入水中（假设溶质不扩散），所得溶液的物质的量浓度为0.045mol/L（精确到千分位）．
（4）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是Fe²⁺、Cu²⁺，阴离子是Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．（写离子符号）
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体为CuO和Fe₂O₃质量为1.6g．

分析 Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察），说明没有K⁺．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有Fe³⁺．
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，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，说明 Fe²⁺与NO₃^-和H⁺反应生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，加盐酸溶液中阴离子种类不变，说明原溶液中有Cl^-，加盐酸溶液依然澄清加盐酸说明没有SiO₃^2-；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-；根据以上判断分析．

解答解：Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察），说明没有K⁺．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有Fe³⁺．
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，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，说明 Fe²⁺与NO₃^-和H⁺反应生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，加盐酸溶液中阴离子种类不变，说明原溶液中有Cl^-，加盐酸溶液依然澄清加盐酸说明没有SiO₃^2-；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-；
（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、Fe³⁺，
故答案为：K⁺、Fe³⁺；
（2）Ⅲ中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）标准状况下，将一充满NO₂气体的试管，倒扣于水中，至液面不再升高时，再充入氧气可以使液面继续上升至充满试管，最后得到的硝酸，设试管体积为VL，最终试管中所得溶液的浓度为$\frac{\frac{VL}{22.4L/mol}}{VL}$=0.045mol/L，
故答案为：0.045；
（4）由以上推断可知溶液中阴离子为 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-，且各为0.1mol/L；已经推断出的阳离子是Fe²⁺，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种+2价阳离子，所以还有Cu²⁺，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是：Fe²⁺、Cu²⁺；阴离子是：Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
故答案为：Fe²⁺、Cu²⁺；Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe²⁺生成Fe（OH）₂，又被氧气氧化为Fe（OH）₃，Cu²⁺生成Cu（OH）₂，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体为Fe₂O₃和CuO；
根据元素守恒：n（CuO）=n（Cu²⁺）=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol；n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Fe²⁺）=0.005mol，
所以固体质量为：m（CuO）+m（Fe₂O₃）=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g，
故答案为：Fe₂O₃和CuO；1.6g．

点评本题考查离子的检验，侧重考查学生的分析能力和计算能力，注意把握离子的性质以及实验现象的判断，难度不大．

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