Question

19．CaCl₂是一种易溶于水的物质，无法用过滤的方式将其和NaCl分离，经过分析讨论，某小组同学在此基础上继续设计了如图实验：

回答下列问题：
（1）该小组同学的实验目的是分离NaCl和CaCl₂；
（2）上图括号内的操作步骤为①过滤②蒸发结晶；
（3）按此实验方案得到的NaCl固体中肯定含有Na₂CO₃（填化学式）杂质，为了解决这个问题可以向过滤得到的滤液中加入适量的盐酸（填名称）．
（4）在某Na⁺浓度为0.3mol•L^-1的某无色澄清溶液中，还可能含有若干种离子：阳离子K⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Cu²⁺； 阴离子CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-
现取该溶液100mL，先加入足量稀硝酸，放出标准状况下0.224L气体；再加入足量稀Ba （NO₃）₂溶液，有白色沉淀产生，将混合液过滤洗涤干燥得固体2.33g，滤液中滴加硝酸银溶液无明显现象．请回答下列问题．
①不能确定是否存在的阴离子是NO₃^-．
②判断K⁺是否存在的根据根据电荷守恒（2n（CO₃^2-+）+2n（SO₄^2-）=2×0.01mol+2×0.01mol=0.04mol＞n（Na⁺）=0.1×0.3mol，因此溶液中一定含有K⁺；若存在，c（K⁺）的最小浓度为0.1mol/L．
③混合液过滤后洗涤沉淀，检验沉淀洗净的方法是：取最后一次洗涤滤液少许于试管，滴加几滴Na₂CO₃溶液，如果没有气体，也没有白色沉淀产生，说明已洗净．

Answer 1

分析 根据反应流程图分析可知：分离NaCl和CaCl₂两种固体混合物，可采取溶解后加入过量碳酸钠溶液，生成碳酸钙沉淀和氯化钠，然后通过过滤将碳酸钙和氯化钠溶液分离；碳酸钙和盐酸发生反应得到氯化钙溶液，经蒸发可得到氯化钙固体；由于碳酸钠过量，所以滤液中的物质有氯化钠和碳酸钠，因此要得到纯净的氯化钠就需要除去碳酸钠，加入稀盐酸最合适，碳酸钠和稀盐酸生成氯化钠和水和二氧化碳，盐酸中的溶质是氯化氢气体，蒸发时氯化氢挥发出去，蒸发后最后的固体物质是氯化钠，
（1）流程分析可知实验目的是分离氯化钠和氯化钙混合物；
（2）①是分离固体和溶液的混合物操作为过滤，②是溶液中得到溶质固体，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到氯化钙固体；
（3）实验过程中加入过量的碳酸钠分析；
（4）在某Na⁺浓度为0.3mol•L^-1的某无色澄清溶液中，还可能含有若干种离子：阳离子K⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Cu²⁺； 阴离子CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-，依据溶液为无色溶液，则判断一定不含有Cu²⁺，现取该溶液100mL，先加入足量稀硝酸，放出标准状况下0.224L气体则判断一定含CO₃^2-，则溶液中一定不含Ag⁺、Ca²⁺，再加入足量稀Ba （NO₃）₂溶液，有白色沉淀产生，将混合液过滤洗涤干燥得固体2.33g判断为硫酸钡沉淀物质的量=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，滤液中滴加硝酸银溶液无明显现象，说明不含Cl^-，上述分析可知阳离子出中钾离子根据溶液中电荷守恒分析判断是否含有，阴离子中硝酸根离子不能确定是否含有，一定含有的离子为：Na⁺、CO₃^2-、SO₄^2-；

解答 解：（1）该小组同学的实验目的是分离氯化钠和氯化钙混合物，
故答案为：分离NaCl 和CaCl₂；
（2）要将得到的碳酸钙沉淀和和氯化钠溶液分离，可以采用过滤的方法；得到的无色溶液中含有过量的碳酸钠、氯化钠，加入稀盐酸除去过量的碳酸钠得到氯化钠溶液，氯化钠的溶解度受温度的影响变化较小，然后采用蒸发结晶的方法得到其晶体；
故答案为：过滤；蒸发结晶；
（3）将此实验方法分离得到的NaCl，一定会含有杂质，原因是前面加入的碳酸钠过量没有除去，正确的设计方案应该是滤液蒸发结晶之前加盐酸，至不再产生气体为止，从而消耗掉过量的碳酸钠，得到纯净的氯化钠；
故答案为：Na₂CO₃，盐酸；
（4）在某Na⁺浓度为0.3mol•L^-1的某无色澄清溶液中，还可能含有若干种离子：阳离子K⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Cu²⁺； 阴离子CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-，依据溶液为无色溶液，则判断一定不含有Cu²⁺，现取该溶液100mL，先加入足量稀硝酸，放出标准状况下0.224L气体则判断一定含CO₃^2-，则溶液中一定不含Ag⁺、Ca²⁺，再加入足量稀Ba （NO₃）₂溶液，有白色沉淀产生，将混合液过滤洗涤干燥得固体2.33g判断为硫酸钡沉淀物质的量=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，滤液中滴加硝酸银溶液无明显现象，说明不含Cl^-，上述分析可知阳离子出中钾离子根据溶液中电荷守恒分析判断是否含有，阴离子中硝酸根离子不能确定是否含有，一定含有的离子为：Na⁺、CO₃^2-、SO₄^2-；
①不能确定是否存在的阴离子是NO₃^-，故答案为：NO₃^-；
②根据电荷守恒（2n（CO₃^2-+）+2n（SO₄^2-）=2×0.01 mol+2×0.01 mol=0.04 mol＞n（Na⁺）=0.1×0.3 mol，因此溶液中一定含有K⁺，c（K⁺）的最小浓度为 0.1 mol/L，
故答案为：电荷守恒（2n（CO₃^2-+）+2n（SO₄^2-）=2×0.01 mol+2×0.01 mol=0.04 mol＞n（Na⁺）=0.1×0.3 mol，因此溶液中一定含有K⁺，0.1 mol/L；
③混合液过滤后洗涤沉淀，检验沉淀洗净的方法是检验加入的硝酸钡溶液中钡离子的存在和碳酸根离子的存在，方法为：取最后一次洗涤滤液少许于试管，滴加几滴Na₂CO₃溶液，如果没有气体，也没有白色沉淀产生，说明已洗净，
故答案为：取最后一次洗涤滤液少许于试管，滴加几滴Na₂CO₃溶液，如果没有气体，也没有白色沉淀产生，说明已洗净．

点评 本题考查较综合，涉及离子共存、离子检验及相关物质的量浓度的计算等，注重高频考点的考查，题目难度中等，把握离子反应反应条件及常见离子的检验方法为解答的关键，注意电荷守恒判断K⁺是否存在为解答本题的难点、易错点．