Question

1．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⁺、NH${\;}_{4}^{+}$、Cl^-、Mg²⁺、Ba²⁺、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$，为了确定溶液中所含离子及其物质的量浓度，某同学设计实验如下：
取三份100mL上述水溶液进行如下实验：
①第一份加入AgNO₃溶液有沉淀产生．
②第二份加入足量NaOH溶液，加热，收集到气体896mL（标准状况）．
③第三份加入足量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．
根据上述实验，请回答：
（1）溶液中肯定存在的离子是NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；哪些离子的浓度能确定，分别是NH₄⁺、0.4mol/L，SO₄^2-、0.1mol/L，CO₃^2-、0.2mol/L．
（2）肯定不存在的离子是Mg²⁺、Ba²⁺．
（3）可能存在的离子是Cl^-，如何确定？先加过量Ba（NO₃）₂溶液，取上层清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀说明有Cl^-，否则无Cl^-．

Answer 1

分析 ①第一份加入AgNO₃溶液有沉淀产生，说明可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
②第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.448L（标准状态下），证明一定含有NH₄⁺；生成的气体为氨气物质的量=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol；无沉淀生成，则溶液中一定不含Mg²⁺、Cu²⁺；
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．证明原溶液中一定含有CO₃^2-、SO₄^2-，存在CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在Ba²⁺；
生成沉淀BaSO₄物质的量=$\frac{2.33g}{233g/mol}$═0.01mol；生成的沉淀BaCO₃物质的量=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol；根据电荷守恒，存在K⁺，Cl^-不能确定，据此进行解答．

解答 解：第一份：第一份加入AgNO₃，溶液有沉淀产生，说明溶液中可能存在：Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
第二份：加足量NaOH溶液加热后生成标准状况下0.896L气体为氨气，则溶液中一定含有NH₄⁺，且物质的量为：=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol；
第三份：根据题中信息可知2.33为硫酸钡，n（BaSO₄）=n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$═0.01mol；生成的沉淀BaCO₃物质的量=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol；因为一定含CO₃^2-所以不含Mg²⁺；再根据电荷守恒，正电荷为：n（+）=n（NH₄⁺）=0.04mol；n（-）=2n（CO₃^2-）+2n（SO₄^2-）=0.06mol，故一定有K⁺，至少0.02mol；
（1）根据分析可知肯定存在的离子是NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；能够确定浓度的离子为NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-，
NH₄⁺的物质的量是0.04mol，溶液体积是0.1L，所以c（NH₄⁺）=$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L；SO₄^2-物质的量是0.01mol，则c（SO₄^2-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L；CO₃^2-的物质的量是0.02mol，则c（CO₃^2-）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，
故答案为：NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；NH₄⁺、0.4mol/L，SO₄^2-、0.1mol/L，CO₃^2-、0.2mol/L；
（2）由于Mg²⁺、Ba²⁺与CO₃^2-，Ba²⁺与SO₄^2-发生反应生成沉淀，则溶液中一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺，
故答案为：Mg²⁺、Ba²⁺；
（3）根据分析可知，无法确定是否含有氯离子，可先加过量Ba（NO₃）₂溶液，除去硫酸根离子，然后取上层清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀说明有Cl^-，否则无Cl^-，
故答案为：Cl^-；先加过量Ba（NO₃）₂溶液，取上层清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀说明有Cl^-，否则无Cl^-．

点评 本题考查了常见离子的检验方法，题目难度中等，试题涉及到根据电荷守恒推断离子的存在，为易错点，注意熟练掌握常见离子的性质及检验方法，试题培养了学生的分析能力及逻辑推理能力．