Question

今有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NH

+ 4

、Cl^-、CO

2- 3

、SO

2- 4

，现取两份100mL溶液进行如下实验：
①第一份加过量NaOH溶液加热后，只收集到气体0.02mol，无沉淀生成，同时得到溶液甲．
②在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，质量为1.02g．
③第二份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g．
根据上述实验回答：（1）一定不存在的离子是

 

，不能确定是否存在的离子是

 

．
（2）试确定溶液中肯定存在的离子及其浓度（可不填满）：
离子符号

 

，浓度

 

；
离子符号

 

，浓度

 

；
离子符号

 

，浓度

 

．
（3）试确定K⁺是否存在

 

（填“是”或“否”），判断的理由是

 

．
（4）设计简单实验验证原溶液中可能存在的离子

 

．

Answer 1

考点：物质的检验和鉴别的实验方案设计

专题：物质检验鉴别题

分析：①第一份加过量NaOH溶液加热后，只收集到气体0.02mol，该气体是氨气，一定有铵根离子，无沉淀生成，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺；
②在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，该沉淀是氢氧化铝，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，得到氧化铝，氧化铝质量为1.02g，即0.01mol，根据铝元素守恒，含有铝离子的物质的量是0.02mol，一定不含CO₃^2-，
③第二份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，即硫酸钡沉淀，沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g，所以一定有SO₄²，物质的量是

11.65g

233g/mol

=0.05mol，一定不含Ba²⁺，根据溶液中的电荷守恒确定钾离子是否存在．

解答： 解：①第一份加过量NaOH溶液加热后，只收集到气体0.02mol，该气体是氨气，一定有铵根离子，铵根离子的物质的量是0.02mol，无沉淀生成，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺；
②在甲溶液中通入过量CO₂，生成白色沉淀，该沉淀是氢氧化铝，沉淀经过滤、洗涤、灼烧，得到氧化铝，氧化铝质量为1.02g，即0.01mol，根据铝元素守恒，含有铝离子的物质的量是0.02mol，一定不含CO₃^2-，
③第二份加足量BaCl₂溶液后，得白色沉淀，即硫酸钡沉淀，沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后，质量为11.65g，所以一定有SO₄^2-，物质的量是

11.65g

233g/mol

=0.05mol，一定不含Ba²⁺，n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol，2n（SO₄^2-）=0.1mol，根据电荷守恒，一定存在钾离子，因为不确定的是Cl^-，钾离子的最小物质的量是0.02mol，
综上 知道，一定不存在的离子有：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，一定存在的离子有：K⁺、SO₄^2-、NH₄⁺、Al³⁺，不能确定的是Cl^-．
（1）一定不存在的离子是Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，不能确定的是Cl^-，故答案为：Fe³⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、Ba²⁺，Cl^-；
（2）肯定存在的离子是K⁺、SO₄^2-、NH₄⁺、Al³⁺，NH₄⁺的物质的量是0.02mol，体积是0.1L，所以c（NH₄⁺）=0.2mol/L，SO₄^2-物质的量是0.05mol，体积是0.1L，所以c（SO₄^2-）=0.5mol/L，Al³⁺的物质的量是0.02mol，体积是0.1L，所以c（Al³⁺）=0.2mol/L，钾离子的浓度随着氯离子而定，即c（K⁺）≥0.2mol/L
，故答案为：SO₄^2-、0.5mol/L；NH₄⁺、0.2mol/L；Al³⁺、0.2mol/L；
（3）据电荷守恒，一定存在钾离子，因为n（NH₄⁺）+3n（Al³⁺）=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol，2n（SO₄^2-）=0.1mol，根据电荷守恒，一定存在钾离子，
故答案为：是；溶液中肯定存在的离子Al³⁺、NH₄⁺、SO₄^2-，经计算Al³⁺、NH₄⁺物质的量都是0.02mol，SO₄^2-物质的量是0.05mol，根据电荷守恒，K⁺一定存在；
（4）不能确定的是Cl^-，检验试剂可以采用硝酸酸化的硝酸银溶液，具体检验方法是：取少量原溶液于试管中，向其中加入足量的硝酸钡溶液，过滤后，向滤液中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，有白色沉淀生成证明存在氯离子，
故答案为：取少量原溶液于试管中，向其中加入足量的硝酸钡溶液，过滤后，向滤液中加入硝酸酸化的硝酸银溶液，有白色沉淀生成证明存在氯离子．

点评：本题考查离子的检验，采用定性实验和定量计算分析相结合的模式，增大了解题难度，同时涉及离子共存、离子反应等都是解题需注意的信息，尤其是K⁺的确定易出现失误．