Question

17．霧霾嚴(yán)重影響人們的生活與健康，某地區(qū)的霧霾中可能含有如下離子中的若干種，NH₄、Ba²⁺、Fe²⁺、Cl、NO${\;}_{3}^{-}$、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$．某同學(xué)收集了該地區(qū)的霧霾，經(jīng)必要的預(yù)處理后得到試樣溶液，設(shè)計(jì)并完成如下實(shí)驗(yàn)：

已知：①25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38、lg2=0.3
     ②離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1時(shí)，即可認(rèn)為該離子沉淀完全．
試回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)①中加入稀鹽酸后，有無色氣體A生成，溶液B依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，據(jù)此可知原溶液中一定含有Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-，一定不含CO₃^2-．（填離子符號(hào)）
（2）實(shí)驗(yàn)①中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）實(shí)驗(yàn)②中逐滴加入碳酸氫鈉溶液，立即有氣泡產(chǎn)生，此時(shí)的離子方程式為H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，一段時(shí)間后又有沉淀出現(xiàn)，這時(shí)的離子方程式為Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，繼續(xù)滴加直到沉淀的質(zhì)量達(dá)到最大值，此時(shí)溶液的PH約為3.2，繼續(xù)滴加，使碳酸氫鈉溶液略過量．
（4）氣體F的成分為NH₃．（填化學(xué)式）
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)③現(xiàn)象該同學(xué)認(rèn)為原溶液中一定含有SO${\;}_{4}^{2-}$，有其他同學(xué)認(rèn)為其結(jié)論不合理，又進(jìn)行了后續(xù)實(shí)驗(yàn)④，最終確認(rèn)原溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$，試寫出實(shí)驗(yàn)④可行的操作方法及現(xiàn)象．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)①中加入稀鹽酸后，有無色氣體A生成，該氣體可能為二氧化碳或NO，由于鹽酸過量且溶液中陰離子種類不變，則生成的氣體為NO，溶液中一定含有Fe²⁺、NO₃^-、Cl^-，且NO₃^-過量；根據(jù)離子共存可知一定不存在CO₃^2-；
（2）硝酸根離子在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子，同時(shí)生成NO氣體，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（3）實(shí)驗(yàn)①中鹽酸足量，則溶液B中含有過量的氫離子，加入碳酸氫鈉后發(fā)生反應(yīng)為：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；溶液B中還含有Fe³⁺，當(dāng)氫離子反應(yīng)完全后，鐵離子與碳酸氫根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳?xì)怏w；
當(dāng)Fe^3+-完全反應(yīng)時(shí)，其離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，根據(jù)K_sP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）列式計(jì)算；
（4）溶液D中加入氫氧化鋇溶液加熱后生成氣體F、沉淀G和溶液H，氣體F為氨氣，由于碳酸氫鈉過量，則沉淀G中一定含有碳酸鋇，可能含有硫酸鋇；
（5）由于碳酸氫鈉過量，則生成的沉淀中不一定含有硫酸鋇，需要通過對(duì)沉淀G進(jìn)一步檢驗(yàn)，可向沉淀G中加入稀硝酸，若沉淀部分溶解，則說明原溶液中一定含有了酸根離子．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)①中加入稀鹽酸后，有無色氣體A生成，該氣體可能為CO₂或NO，由于鹽酸過量且反應(yīng)后溶液中陰離子種類不變，則生成的氣體為NO，溶液中一定含有Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-，且NO₃^-過量；根據(jù)離子共存可知一定不存在CO₃^2-，
故答案為：Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-；CO₃^2-；
（2）實(shí)驗(yàn)①中亞鐵離子與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵和一氧化氮和水，反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）實(shí)驗(yàn)①加入足量鹽酸，則溶液B中含有過量的氫離子，加入碳酸氫鈉后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；溶液B中還含有Fe³⁺，氫離子反應(yīng)完全后，鐵離子與碳酸氫根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)的離子方程式為：Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；當(dāng)Fe^3+-完全反應(yīng)時(shí)，其離子濃度小于1×10^-5mol•L^-1，根據(jù)K_sP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可得：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，溶液中氫離子濃度：$\frac{1×1{0}^{-14}}{\root{3}{4}×1{0}^{-11}}$mol/L=$\frac{1×1{0}^{-3}}{\root{3}{4}}$，則此時(shí)溶液的pH=-lg$\frac{1×1{0}^{-3}}{\root{3}{4}}$=3+lg$\root{3}{4}$=3+$\frac{2}{3}$lg2=3.2，
故答案為：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；3.2；
（4）溶液D中加入足量Ba（OH）₂溶液加熱后生成氣體F、沉淀G和溶液H，氣體F為NH₃，由于實(shí)驗(yàn)②中NaHCO₃足量，則沉淀G中一定含有BaCO₃，可能含有BaSO₄，
故答案為：NH₃；
（5）由于實(shí)驗(yàn)②中NaHCO₃足量，則實(shí)驗(yàn)③的沉淀G中一定含有沉淀BaCO₃，不能確定是否含有BaSO₄，需要進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)④，可向沉淀G中加入足量的稀硝酸，若沉淀部分溶解，則證明原溶液中含有SO₄^2-，
答：向沉淀G中加入足量的稀硝酸，若沉淀部分溶解，則證明原溶液中含有SO₄^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法及其綜合應(yīng)用，題目難度中等，涉及離子推斷、難溶物溶度積的計(jì)算、離子方程式書寫、常見離子的檢驗(yàn)等知識(shí)，明確常見化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性及其，充分考查了學(xué)生的靈活應(yīng)用能力．