在Na+浓度为0.5mol•L-1的某澄清溶液中.还可能含有下表中的若干种离子．(已知H2SiO3为不溶于水的胶状沉淀.加热时易分解为固体SiO2和H2O)阳离子K+Ag+Ca2+Ba2+阴离子NO${\;} {3}^{-}$CO${\;} {3}^{2-}$SiO${\;} {3}^{2-}$SO${\;} {4}^{2-}$现取该溶液100mL进行如下实验(气体体� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

1．在Na⁺浓度为0.5mol•L^-1的某澄清溶液中，还可能含有下表中的若干种离子．（已知H₂SiO₃为不溶于水的胶状沉淀，加热时易分解为固体SiO₂和H₂O）

阳离子	K⁺	Ag⁺	Ca²⁺	Ba²⁺
阴离子	NO${\;}_{3}^{-}$	CO${\;}_{3}^{2-}$	SiO${\;}_{3}^{2-}$	SO${\;}_{4}^{2-}$

现取该溶液100mL进行如下实验（气体体积均在标准状况下测定）．

序号	实验内容	实验结果
Ⅰ	向该溶液中加入足量稀盐酸	产生白色胶状沉淀并放出标准状况下0.56L气体
Ⅱ	将Ⅰ的反应混合液过滤，对沉淀洗涤、灼烧至恒重，称量所得固体质量	固体质量为2.4g
Ⅲ	向Ⅱ的滤液中滴加BaCl₂溶液	无明显现象

请回答下列问题．
（1）实验Ⅰ能确定一定不存在的离子是Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；
（2）实验Ⅰ中生成气体的离子方程式为CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；
（3）通过实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，写出SiO${\;}_{3}^{2-}$物质的量浓度的计算过程．
（4）判断K⁺是否存在，若存在求其最小浓度，若不存在说明理由．

分析由题意“溶液为澄清溶液”可知：溶液中含有的离子一定能够大量共存；由实验Ⅰ可知，该溶液中一定含有CO₃^2-，其浓度为$\frac{\frac{0.56L}{22.4L/mol}}{0.1L}$=0.25mol/L，则一定没有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；由生成白色沉淀判断溶液中一定含有SiO₃^2-，发生反应SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加热分解生成二氧化硅，固体质量为2.4g为二氧化硅的质量，根据硅原子守恒，SiO₃^2-的浓度为：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L；由实验Ⅲ可知溶液中不含SO₄^2-，根据电荷守恒2c（CO₃^2-）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其浓度至少为0.8mol/L，不能确定NO₃^-是否存在，据此进行解答．

解答解：由题意“溶液为澄清溶液”可知：溶液中含有的离子一定能够大量共存；由实验Ⅰ可知，该溶液中一定含有CO₃^2-，其浓度为$\frac{\frac{0.56L}{22.4L/mol}}{0.1L}$=0.25mol/L，则一定没有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；由生成白色沉淀判断溶液中一定含有SiO₃^2-，发生反应SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加热分解生成二氧化硅，固体质量为2.4g为二氧化硅的质量，根据硅原子守恒，SiO₃^2-的浓度为：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L；由实验Ⅲ可知溶液中不含SO₄^2-，根据电荷守恒2c（CO₃^2-）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其浓度至少为0.8mol/L，不能确定NO₃^-是否存在，
（1）由实验Ⅰ可知，加入足量稀盐酸生成白色沉淀并在标准状况下放出0.56L气体，则该溶液中一定含有CO₃^2-、SiO₃^2-，则一定没有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺，
故答案为：Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；
（2）加入盐酸，由生成气体判断溶液中一定含有CO₃^2-，发生反应CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑，
故答案为：CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；
（3）根据发生反应SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加热分解生成二氧化硅，H₂SiO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+SiO₂，固体质量为2.4g为二氧化硅的质量，根据硅原子守恒，SiO₃^2-的浓度为：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L，
答：H₂SiO₃=H₂O+SiO₂ 2H⁺+SiO₃^2-=H₂SiO₃
n（SiO₃^2-）=n（SiO₂）=2.4g÷60g/mol=0.04 mol
c（SiO₃^2-）=0.04 mol÷0.1 L=0.04 mol/L；
（4）根据以上计算可知，不能确定NO₃^-，c（CO₃^2-）=0.25mol/L，c（SiO₃^2-）=0.4mol/L，一定不存在硫酸根离子，所以c（SO₄^2-）=0，根据电荷守恒2c（CO₃^2-+）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其浓度至少为0.8mol/L，
故答案为：存在，其浓度至少为0.8mol/L．

点评本题考查离子共存、离子检验等知识，难度中等，注意掌握离子反应反应条件及常见离子的检验方法，根据电荷守恒判断K⁺是否存在，是本题的难点、易错点．

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