Question

20．现有五种可溶性物质A、B、C、D、E，它们所含的阴、阳离子互不相同，分别含有五种阳离子Na⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺和五种阴离子Cl^-、OH^-、NO₃^-、CO₃^2-、X中的一种．
（1）某同学通过分析比较，认为无需检验就可判断其中必有的两种物质是Na₂CO₃和Ba（OH）₂．（填化学式）
（2）为了确定X，现将（1）中的两种物质记为A和B，当C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体；当C与A的溶液混合时产生棕色沉淀，向该沉淀中滴入稀硝酸，沉淀部分溶解，最后留有白色沉淀不再溶解．则：
①X为B．
A．SO₃^2-    B．SO₄^2-C．CH₃COO^-     D．SiO₃^2-
②A中的化学键类型为离子键和共价键
③将0.02mol的A与0.01mol的C同时溶解在足量的蒸馏水中，充分反应后，最终所得沉淀的质量为6.1g（精确到0.1g）．
④利用上述已经确定的物质，可以检验出D、E中的阳离子．请简述实验操作步骤、现象及结论取少量D的溶液与试管中，逐渐进入Ba（OH）₂溶液至过量，先出现白色沉淀后溶解，则D中含有Al³⁺，若生成的白色沉淀不溶解，则D中含有Mg²⁺
（3）将Cu投入到装有D溶液的试管中，Cu不溶解；再滴加稀硫酸，Cu逐渐溶解，管口附近有红棕色气体出现．则物质D一定含有上述离子中的NO₃^-（填相应的离子符号）．有关反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²+2NO↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据离子之间结合生成沉淀，不能共存，确定含有的两种物质；
（2）①C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体，沉淀为氢氧化铁、气体为二氧化碳；C与A的溶液混合时产生混合物沉淀，向该沉淀中滴入稀盐酸，沉淀部分溶解，最后留有白色沉淀不再溶解，则B为Na₂CO₃，A为Ba（OH）₂，C为硫酸铁，另两种物质为氯化铝、硝酸镁或氯化镁、硝酸铝；
②A为氢氧化钡，根据氢氧化钡的化学式判断含有的化学键类型；
③已知C为Fe₂（SO₄）₃，A为Ba（OH）₂，将0.02molA与0.01molC同时溶解在足量的蒸馏水中，反应生成硫酸钡沉淀和氢氧化铁沉淀，根据反应方程中的关系求出沉淀的量；
④D中含有NO₃^-，则E中含有Cl^-，剩余Al³⁺、Mg²⁺，利用氢氧化铝溶液强碱的性质检验；
（3）将Cu投入D溶液中，Cu不溶解；再滴加稀H₂SO₄，Cu逐渐溶解，管口附近有红棕色气体出现，该气体为NO₂，说明D中含有NO₃^-．

解答 解：（1）因Al³⁺、Mg²⁺、Fe³⁺和OH^-反应生成沉淀，Al³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺和CO₃^2-反应，则不能共存，所以一定存在的物质为Na₂CO₃和Ba（OH）₂，
故答案为：Na₂CO₃；Ba（OH）₂；
（2）①根据C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体，可知沉淀为氢氧化铁、气体为二氧化碳，则B为Na₂CO₃，A为Ba（OH）₂；C与A的溶液混合时产生混合物沉淀，向该沉淀中滴入稀盐酸，沉淀部分溶解，最后留有白色沉淀不再溶解，则C为硫酸铁，另两种物质为氯化铝、硝酸镁或氯化镁、硝酸铝，因C为Fe₂（SO₄）₃，则阴离子有SO₄^2-，则X为SO₄^2-，
故答案为：B；
②根据以上分析可知A为氢氧化钡，氢氧化钡中的氢氧根中含H-O共价键，钡离子与氢氧根离子之间形成了离子键，所以氢氧化钡中的化学键为离子键和共价键，
故答案为：离子键和共价键；
③已知C为Fe₂（SO₄）₃，A为Ba（OH）₂，将0.02molA与0.01molC同时溶解在足量的蒸馏水中，反应生成硫酸钡沉淀和氢氧化铁沉淀，Fe₂（SO₄）₃+3Ba（OH）₂═2Fe（OH）₃↓+3BaSO₄↓，根据方程式可知，硫酸铁过量，按照Ba（OH）₂计算，
则n（BaSO₄）=0.02mol，n（Fe（OH）₃）=$\frac{2}{3}$×0.02mol，
所以沉淀的质量为m（BaSO₄）+m（Fe（OH）₃）=0.02mol×233g/mol+$\frac{2}{3}$×0.02mol×107g/mol=6.1g，
故答案为：6.1g；
④D中含有NO₃^-，则E中含有Cl^-，剩余Al³⁺、Mg²⁺，Al（OH）₃能溶于过量Ba（OH）₂溶液，检验方案为：取少量D的溶液与试管中，逐渐进入Ba（OH）₂溶液至过量，先出现白色沉淀后溶解，则D中含有Al³⁺，若生成的白色沉淀不溶解，则D中含有Mg²⁺，
故答案为：取少量D的溶液与试管中，逐渐进入Ba（OH）₂溶液至过量，先出现白色沉淀后溶解，则D中含有Al³⁺，若生成的白色沉淀不溶解，则D中含有Mg²⁺；
（3）将Cu投入D溶液中，Cu不溶解；再滴加稀H₂SO₄，Cu逐渐溶解，管口附近有红棕色气体出现，该气体为NO₂，说明D中含有NO₃^-，反应离子方程式为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²+2NO↑+4H₂O，
故答案为：NO₃^-；3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²+2NO↑+4H₂O．

点评 本题考查常见离子的检验方法，题目难度中等，综合度较高，旨在考查学生的推断能力与方案设计能力，注意根据反应现象进行推断，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．