Question

15．某水溶液中可能含有K⁺、Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、SO₄^2-、ClO^-、NO₂^-、SiO₃^2-、CO₃^2-中的若干种离子．某同学取四份该溶液各10mL进行如下实验：
①第一份加入足量稀盐酸，无任何气体和沉淀产生；
②第二份加入足量NaOH，经搅拌、过滤、洗涤、灼烧，最后得到1.6g红棕色固体；
③第三份加入酸性KMnO₄溶液会使其褪色，滴至终点时共消耗0.1mol•L-1酸性KMnO₄溶液10.00mL；
④第四份用洁净的铂丝做焰色反应实验，直接观察，火焰呈黄色
关于上述实验，下列说法正确的是（　　）

• A． 仅由实验②即可推断原混合溶液中一定存在Fe³⁺
• B． 要确定原混合溶液是否含有ClO^- 至少需完成实验①②③
• C． 该溶液阳离子中一定存在Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，一定不存在Al³⁺，无法确定是否含有K⁺
• D． 溶液中阴离子只有SO₄^2-，且c（SO₄^2-）大于2.75moL/L

Answer 1

分析 ①第一份加入足量稀盐酸，无任何气体和沉淀产生，则SiO₃^2-、CO₃^2-一定不存在，Fe²⁺和ClO^-不能同时存在；
②第二份加入足量NaOH，经搅拌、过滤、洗涤、灼烧，最后得到1.6g红棕色固体三氧化二铁，可以是含有铁离子，所以一定含有Fe³⁺，根据铁元素守恒，其离子物质的量是$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol，一定不存在NO₂^-；
③第三份加入酸性KMnO₄溶液会使其褪色，滴至终点时共消耗0.1mol•L-1酸性KMnO₄溶液10.00mL，则一定含有Fe²⁺、一定不含ClO^-，根据高锰酸根离子和亚铁离子之间反应的实质可以计算亚铁离子的含量；
④第四份用洁净的铂丝做焰色反应实验，直接观察，火焰呈黄色，一定含有Na⁺，钾离子无法确定．

解答 解：①第一份加入足量稀盐酸，无任何气体和沉淀产生，则SiO₃^2-、CO₃^2-一定不存在，Fe²⁺和ClO^-不能同时存在；
②第二份加入足量NaOH，经搅拌、过滤、洗涤、灼烧，最后得到1.6g红棕色固体，所以一定含有Fe³⁺，物质的量是$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol，一定不存在NO₂^-；
③第三份加入酸性KMnO₄溶液会使其褪色，滴至终点时共消耗0.1mol•L-1酸性KMnO₄溶液10.00mL，则一定含有Fe²⁺、一定不含ClO^-，第三份加入酸性KMnO₄溶液会使其褪色，滴至终点时共消耗0.1mol•L-1酸性KMnO₄溶液10.00mL，根据量的关系，得到5Fe²⁺～KMnO₄，所以亚铁离子的物质的量是0.1mol/L×0.01L×5=0.005mol；
④第四份用洁净的铂丝做焰色反应实验，直接观察，火焰呈黄色，一定含有Na⁺，钾离子无法确定．
综上得到，溶液中一定存在：Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-，一定不存在的是：ClO^-、NO₂^-、SiO₃^2-、CO₃^2-，其余的离子无法判断．
A、由实验①②即可推断原混合溶液中一定存在Fe³⁺，仅有实验②得到的溶液中还可以是亚铁离子和次氯酸根离子同时存在的情况，故A错误；
B、要确定原混合溶液是否含有ClO^- 至少需完成实验①②即可，根据实验①②得到存在的铁离子一定是原来存在的铁离子，故B错误；
C、该溶液阳离子中一定存在Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，无法确定是否含有K⁺、Al³⁺，故C错误；
D、该溶液阳离子中一定存在Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，溶液中阴离子只有SO₄^2-，且根据电荷守恒，SO₄^2-的物质的量大于$\frac{1}{2}$（0.02mol×3+0.005mol×2）=0.035mol，c（SO₄^2-）＞$\frac{0.035mol}{0.01L}$=3.5mol/L，级c（SO₄^2-）大于2.75moL/L，故D正确．
故选D．

点评 本题考查物质的检验、鉴别，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，题目难度中等，解答本题的关键是把握发生的有关化学反应确定存在的离子．