Question

5．有一无色混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K⁺、NH₄⁺、Cl^-、Mg²⁺、Fe³⁺、CO₃^2-、SO₄^2-，现取三份100mL溶液进行如下实验：
①第一份加入足量AgNO₃溶液有沉淀产生；
②第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.04mol；
③第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤、干燥后，沉淀质量为2.33g据此根据上述实验，回答下列问题：
（1）溶液中可能存在的离子是Cl^-，肯定不存在的离子是Fe³⁺、Mg²⁺．
（2）求一定存在的离子中阳离子的浓度或浓度的取值范围（用不等式表示）K⁺≥0.02mol．
（3）如何检验可能存在的离子，试写出详细操作步骤：取适量原溶液先加足量稀硝酸，再加过量硝酸钡并过滤，最后再加硝酸银若仍有不溶于稀硝酸沉淀生成，则存在Cl^-．

Answer 1

分析 无色溶液中不存在有色的Fe³⁺离子，
①加入AgNO₃溶液有沉淀产生，说明溶液中可能存在Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
②0.04mol为氨气，溶液中一定含有NH₄⁺，并且物质的量为0.04mol；
③2.33g为硫酸钡，6.27g为硫酸钡和碳酸钡，根据n=$\frac{n}{M}$计算出沉淀的物质的量；
再根据电荷守恒，得出是否存在钾离子，以此来解答．

解答 解：无色混合物的水溶液中一定不存在Fe³⁺离子，
①与AgNO₃溶液有沉淀产生的离子有：Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
②加足量NaOH溶液加热产生气体，该气体为氨气，故原溶液中一定有0.04mol铵离子；
③不溶于盐酸的2.33g为硫酸钡，物质的量为$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol；6.27g沉淀是硫酸钡和碳酸钡的混合物，碳酸钡质量为：6.27g-2.33g=3.94g，物质的量为$\frac{3.94g}{197g/mol}$=0.02mol，故原溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-，根据离子共存，则一定没有Mg²⁺，
根据电荷守恒，正电荷为：n（+）=n（NH₄⁺）=0.04mol，c（-）=2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-）=0.06mol，总正电荷小于负电荷，则原溶液中一定含有K⁺，至少为0.02mol；
综上所述，一定存在的离子有NH₄⁺、K⁺、CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在的离子为：Fe³⁺、Mg²⁺，可能存在Cl^-，
（1）溶液中可能存在的离子是Cl^-，肯定不存在的离子是Fe³⁺、Mg²⁺，故答案为：Cl^-；Fe³⁺、Mg²⁺；
（2）由上述电荷守恒可知，K⁺≥0.02mol，故答案为：K⁺≥0.02mol；
（3）检验可能存在的离子，操作为取适量原溶液先加足量稀硝酸，再加过量硝酸钡并过滤，最后再加硝酸银若仍有不溶于稀硝酸沉淀生成，则存在Cl^-，
故答案为：取适量原溶液先加足量稀硝酸，再加过量硝酸钡并过滤，最后再加硝酸银若仍有不溶于稀硝酸沉淀生成，则存在Cl^-．

点评 本题考查常见离子的推断，为高频考点，把握发生的反应、离子推断及计算为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意电荷守恒的应用，题目难度不大．