Question

15．某强酸性溶液X中可能含有Ba²⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-中的一种或几种，取该溶液进行连续实验，实验过程如图：

根据以上信息，回答下列问题：
（1）仅根据上述连续实验，不能确定溶液X中是否含有的阳、阴离子分别是Fe³⁺、Cl^-（填离子符号），
能证明该阴离子是否存在的简单实验操作为取少量溶液X，滴加足量的Ba（NO₃）₂溶液，静置，取上层清液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀产生，则存在Cl^-，若无白色沉淀产生，则不存在Cl^-．
（2）①中生成气体A的离子方程式为3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）若②中所用氢氧化钠的浓度为2mol/L，当加入l0mL时开始产生沉淀，55mL时沉淀的量达到最大值为0.03mol，继续滴加沉淀的量保持不变，随后再滴加沉淀部分溶解，到60mL时沉淀的量降为0.025mol且保持不变，则原溶液中c（Fe³⁺）为0.1mol/L、c（Cl^-）为0.4mol/L（若有些离子不存在，请填“0”）．

Answer 1

分析 在强酸性溶液中一定不会存在CO₃^2-、SO₃^2-离子；加入过量硝酸钡生成沉淀，则该沉淀C为BaSO₄，说明溶液中含有SO₄^2-离子，根据硫酸钡的质量可以计算硫酸根离子的物质的量，生成气体A，A连续氧化生成D和E，则A为NO，D为NO₂，E为HNO₃，说明溶液中含有还原性离子，则一定为Fe²⁺离子，根据NO的体积可以计算亚铁离子的量，溶液B中加入过量NaOH溶液，沉淀G只为Fe（OH）₃，生成气体F，则F为NH₃，说明溶液中含有NH₄⁺离子；溶液H中通入CO₂气体，生成沉淀I，则I为Al（OH）₃，H为NaOH和NaAlO₂，说明溶液中含有Al³⁺离子，再根据离子共存知识，溶液中含有Fe²⁺离子，则一定不含NO₃^-离子，含有SO₄^2-离子就一定不含Ba²⁺离子，不能确定是否含有的离子Fe³⁺和Cl^-，以此进行解答．

解答 解：强酸性溶液中一定不会存在CO₃^2-、SO₃^2-离子；加入过量硝酸钡生成沉淀，则该沉淀C9.32g为BaSO₄，说明溶液中含有SO₄^2-离子，根据硫酸钡的质量可以计算硫酸根离子的物质的量为$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol，浓度是$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L，生成气体A，A连续氧化生成D和E，则A为NO，D为NO₂，E为HNO₃，说明溶液中含有还原性离子，则一定为Fe²⁺离子，根据NO的体积可以计算亚铁离子的量，溶液B中加入过量NaOH溶液，沉淀G只为Fe（OH）₃，生成气体F，则F为NH₃，112mL氨气的物质的量是0.005mol，根据氮元素守恒，溶液中含有NH₄⁺离子物质的量是0.005mol，浓度是0.05mol/L；溶液H中通入CO₂气体，生成沉淀I，则I为Al（OH）₃，H为NaOH和NaAlO₂，说明溶液中含有Al³⁺离子，再根据离子共存知识，溶液中含有Fe²⁺离子，则一定不含NO₃^-离子，含有SO₄^2-离子就一定不含Ba²⁺离子，不能确定是否含有的离子Fe³⁺和Cl^-，
（1）根据以上分析可知，溶液中不能确定的阳离子为Fe³⁺，溶液中不能确定的阴离子为Cl^-，取少量溶液X，滴加足量的Ba（NO₃）₂溶液，静置，取上层清液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀产生，则存在Cl^-，若无白色沉淀产生，则不存在Cl^-，
故答案为：Fe³⁺、Cl^-；取少量溶液X，滴加足量的Ba（NO₃）₂溶液，静置，取上层清液，滴加硝酸酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀产生，则存在Cl^-，若无白色沉淀产生，则不存在Cl^-；
（2）中得到的气体A是NO，Fe²⁺离子被氧化为Fe³⁺离子，NO₃^-离子被还原为NO气体，反应的离子方程式为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）根据反应：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，得到112mL0.005molNO，Fe²⁺的物质的量是0.015mol，所以原溶液中c（Fe²⁺）=$\frac{0.015mol}{0.1L}$=0.15mol/L，加入氢氧化钠是60ml时，沉淀的量降为0.025mol，即氢氧化铁的物质的量是0.025mol，根据铁元素守恒，所以Fe³⁺的物质的量是0.01mol，所以原溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，硫酸根离子的物质的量为$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol，浓度是$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L，NH₄⁺离子物质的量是0.005mol，浓度是0.05mol/L，Al³⁺的物质的量是0.005mol，浓度是0.05mol/L，
根据反应：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，可知参加反应H⁺为0.005mol×4=0.02mol，加入氢氧化钠消耗H⁺为0.01L×2mol/L=0.02mol，故原溶液中H⁺为0.02mol+0.02mol=0.04mol，由于2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+3c（Al³⁺）+c（NH₄⁺）=（2×0.15+3×0.1+3×0.05+0.05）mol/L=0.8mol/L，2c（SO₄^2-）=0.8mol/L，原溶液中含有Cl^-，根据电荷守恒，c（Cl^-）=c（H⁺）=$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L，
故答案为：0.1；0.4．

点评 本题考查了常见阴阳离子的检验、无机推断，题目难度中等，注意掌握常见离子的性质及检验方法，（3）为难点、易错点，注意溶液电中性知识在化学计算中的应用方法，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．