Question

有一无色透明溶液，欲确定是否含有下列离子：Na⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、CO₃^2-，实验如下：

实验步骤	实验现象
①取少量原溶液，加入几滴酚酞试液	溶液变成红色
②取少量原溶液加热浓缩，加入Cu片和一定浓度的H2SO4	有无色气体产生，该气体遇空气变成红棕色
③取少量原溶液，加入BaCl2溶液	有白色沉淀生成
④取③中上层清液，先加入稀硝酸，再加入AgNO3溶液	有白色沉淀生成

由此判断：
（1）溶液中肯定存在的离子是

 

，肯定不存在的离子是

 

，可能存在的离子是

 

．
（2）实验②中生成无色气体的离子方程式是

 

．
（3）为进一步确定可能存在的阴离子，应该补充的实验设计是

 

．

Answer 1

考点：常见离子的检验方法

专题：离子反应专题

分析：根据实验①可知，溶液显碱性，这说明一定含有CO₃^2-，则就一定没有Mg²⁺和Ba²⁺；由于溶液都是中性的，则一定含有Na⁺；
实验②有无色气体产生，该气体遇空气变成红棕色，这说明反应中生成的气体是NO，因此该反应是在酸性条件下铜和NO₃^-之间发生的氧化还原反应，即一定含有NO₃^-；
实验③中生成的白色沉淀不一定是硫酸钡，因为反应中一定有碳酸钡白色沉淀生成，实验不能确定是否含有SO₄^2-；
实验④中生成的白色沉淀是氯化银，但由于在反应中加入了氯化钡，所以不能确定是否含有氯离子，要检验是否含有氯离子或SO₄^2-，都必须首先排出CO₃^2-的干扰，然后再检验氯离子或SO₄^2-，据此进行解答．

解答： 解：①溶液显碱性，这说明一定含有CO₃^2-，则就一定没有Mg²⁺和Ba²⁺；由于溶液都是中性的，则一定含有Na⁺；
②有无色气体产生，该气体遇空气变成红棕色，这说明反应中生成的气体是NO，因此该反应是在酸性条件下铜和NO₃^-之间发生的氧化还原反应，即一定含有NO₃^-；
③中生成的白色沉淀不一定是硫酸钡，因为反应中一定有碳酸钡白色沉淀生成，实验不能确定是否含有SO₄^2-；
④中生成的白色沉淀是氯化银，但由于在反应中加入了氯化钡，所以不能确定是否含有氯离子，要检验是否含有氯离子或SO₄^2-，都必须首先排出CO₃^2-的干扰，然后再检验氯离子或SO₄^2-，
（1）根据以上分析可知，一定含有的离子为：Na⁺、CO₃^2-、NO₃^-，一定不存在的离子为：Ba²⁺、Mg²⁺；可能含有的离子为：Cl^-、SO₄^2-，
故答案为：Na⁺、CO₃^2-、NO₃^-；Ba²⁺、Mg²⁺；Cl^-、SO₄^2-；
（2）气体遇空气变成红棕色，这说明反应中生成的气体是NO，因此该反应是在酸性条件下铜和NO₃^-之间发生的氧化还原反应，反应的离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
（3）不能确定的离子为：Cl^-、SO₄^2-，应该补充的实验设计为：取少量原溶液，加入硝酸至酸性，再加入过量Ba（NO₃）₂溶液，若产生白色沉淀，则原溶液中有SO₄^2-；取清液，加入AgNO₃溶液，若产生白色沉淀，则原溶液中有Cl^-，
故答案为：取少量原溶液，加入硝酸至酸性，再加入过量Ba（NO₃）₂溶液，若产生白色沉淀，则原溶液中有SO₄^2-；取清液，加入AgNO₃溶液，若产生白色沉淀，则原溶液中有Cl^-（或取少量原溶液，加入过量Ba（NO₃）₂溶液，产生白色沉淀．过滤，向滤液中加入硝酸酸化的AgNO₃溶液，若产生白色沉淀，则原溶液中有Cl^-；向滤渣中加稀硝酸，若白色沉淀部分溶解，则证明原溶液中有SO₄^2-）．

点评：本题考查离子共存和离子检验的有关判断，题目难度中等，该题是高考中的常见题型，试题综合性强，旨在培养学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范的实验设计能力；该题需要明确的是进行物质的检验时，要依据物质的特殊性质和特征反应，选择适当的试剂和方法，准确观察反应中的明显现象，如颜色的变化、沉淀的生成和溶解、气体的产生和气味、火焰的颜色等，进行判断、推理、验证即可．