Question

7．某無(wú)色透明溶液中可能含有下列離子中的若干種：K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、I^-、Cl^-、H⁺分別取一定量該溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
①將溶液滴在pH紙上，試紙呈紅色．
②取100mL溶液加入足量銅片，收集到22.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）無(wú)色氣體，該無(wú)色氣體遇到空氣后立即變成紅棕色，最終測(cè)得溶液pH=7．若再向該反應(yīng)混合物中加稀硫酸，無(wú)氣體產(chǎn)生．
③取100mL溶液滴入足量氯化鋇溶液，產(chǎn)生0.233g白色沉淀．
④取實(shí)驗(yàn)③中溶液過(guò)濾，得到澄清溶液，向其中滴入足量硝酸銀溶液，生成不溶于稀硝酸的白色沉淀．
⑤取100mL溶液逐滴滴入0.1mol•L^-1的氫氧化鈉溶液，微熱，收集到44.8mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）有刺激性氣味的氣體，當(dāng)溶液中無(wú)氣體產(chǎn)生后，滴入氫氧化鈉溶液過(guò)程中生成沉淀的物質(zhì)的量與氫氧化鈉溶液體積的關(guān)系如圖：

⑥取100mL溶液進(jìn)行焰色反應(yīng)，透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察不到紫色火焰．回答下列問(wèn)題：
（1）溶液中一定不含的例子有K⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、I^-．
（2）溶液中一定含有的離子物質(zhì)的量濃度分別為c（Mg²⁺）=0.01mol/L、c（Al³⁺）=0.01mol/L，c（NH₄⁺）=0.02mol/L，c（NO₃^-）=0.01mol/L，和c（SO₄^2-）=0.01mol/L．
（3）寫出實(shí)驗(yàn)②中生成無(wú)色氣體的離子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．

Answer 1

分析 在K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、I^-、Cl^-、H⁺，無(wú)色溶液說(shuō)明無(wú)亞鐵離子，①將溶液滴在pH紙上，試紙呈紅色，說(shuō)明溶液呈酸性，含有氫離子；②取100mL溶液加入足量銅片，收集到22.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）無(wú)色氣體，該無(wú)色氣體遇到空氣后立即變成紅棕色，最終測(cè)得溶液pH=7．若再向該反應(yīng)混合物中加稀硫酸，無(wú)氣體產(chǎn)生，說(shuō)明溶液中有硝酸根離子，與足量銅反應(yīng)硝酸根離子不足，所以硝酸根離子的物質(zhì)的量為：10^-3mol，
③取100mL溶液滴入足量氯化鋇溶液，產(chǎn)生0.233g白色沉淀，說(shuō)明溶液中含有硫酸根離子，則無(wú)鋇離子，硫酸根離子的物質(zhì)的量為：10^-3mol，④取實(shí)驗(yàn)③中溶液過(guò)濾，得到澄清溶液，向其中滴入足量硝酸銀溶液，生成不溶于稀硝酸的白色沉淀，說(shuō)明無(wú)碘離子；⑤取100mL溶液逐滴滴入0.1mol•L^-1的氫氧化鈉溶液，微熱，收集到44.8mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）有刺激性氣味的氣體，當(dāng)溶液中無(wú)氣體產(chǎn)生后，滴入氫氧化鈉溶液過(guò)程中生成沉淀的物質(zhì)的量與氫氧化鈉溶液體積的關(guān)系，可知溶液中有銨根離子，銨根離子的物質(zhì)的量為：2×10^-3mol，由圖可知有等物質(zhì)的量鋁離子和鎂離子，而氫氧化鋁完全溶解消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：0.1mol•L^-1×10×10^-3mol，所以鋁離子和鎂離子的物質(zhì)的量各為10^-3mol，⑥取100mL溶液進(jìn)行焰色反應(yīng)，透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察不到紫色火焰，說(shuō)明無(wú)鉀離子，根據(jù)電荷守恒確定是否有氯離子，由此分析解答．

解答 解：在K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、I^-、Cl^-、H⁺，無(wú)色溶液說(shuō)明無(wú)亞鐵離子，①將溶液滴在pH紙上，試紙呈紅色，說(shuō)明溶液呈酸性，含有氫離子；②取100mL溶液加入足量銅片，收集到22.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）無(wú)色氣體，該無(wú)色氣體遇到空氣后立即變成紅棕色，最終測(cè)得溶液pH=7．若再向該反應(yīng)混合物中加稀硫酸，無(wú)氣體產(chǎn)生，說(shuō)明溶液中有硝酸根離子，與足量銅反應(yīng)硝酸根離子不足，所以硝酸根離子的物質(zhì)的量為：10^-3mol，
③取100mL溶液滴入足量氯化鋇溶液，產(chǎn)生0.233g白色沉淀，說(shuō)明溶液中含有硫酸根離子，則無(wú)鋇離子，硫酸根離子的物質(zhì)的量為：10^-3mol，④取實(shí)驗(yàn)③中溶液過(guò)濾，得到澄清溶液，向其中滴入足量硝酸銀溶液，生成不溶于稀硝酸的白色沉淀，說(shuō)明無(wú)碘離子；⑤取100mL溶液逐滴滴入0.1mol•L^-1的氫氧化鈉溶液，微熱，收集到44.8mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）有刺激性氣味的氣體，當(dāng)溶液中無(wú)氣體產(chǎn)生后，滴入氫氧化鈉溶液過(guò)程中生成沉淀的物質(zhì)的量與氫氧化鈉溶液體積的關(guān)系，可知溶液中有銨根離子，銨根離子的物質(zhì)的量為：2×10^-3mol，由圖可知有等物質(zhì)的量鋁離子和鎂離子，而氫氧化鋁完全溶解消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為：0.1mol•L^-1×10×10^-3mol，所以鋁離子和鎂離子的物質(zhì)的量各為10^-3mol，⑥取100mL溶液進(jìn)行焰色反應(yīng)，透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察不到紫色火焰，說(shuō)明無(wú)鉀離子，根據(jù)電荷守恒確定是否有氯離子，除氫離子外，陽(yáng)離子帶的正電荷的物質(zhì)的量為：2×10^-3mol+3×10^-3mol+2×10^-3mol=7×10^-3mol，而陰離子帶的負(fù)電荷的物質(zhì)的量為：10^-3mol+2×10^-3mol=3×10^-3mol，遠(yuǎn)小于正電荷數(shù)，所以一定含有氯離子，
（1）溶液中一定不含的離子有：K⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、I^-，故答案為：K⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、I^-；
（2）溶液中一定含有的離子物質(zhì)的量濃度分別為：Mg²⁺和Al³⁺的濃度分別為：0.01mol/L，NH₄⁺、NO₃^-和SO₄^2-的濃度分別為：0.02mol/L、0.01mol/L和0.01mol/L，故答案為：c（Mg²⁺）=0.01mol/L、c（Al³⁺）=0.01mol/L，c（NH₄⁺）=0.02mol/L，c（NO₃^-）=0.01mol/L，和c（SO₄^2-）=0.01mol/L；
（3）寫出實(shí)驗(yàn)②中生成無(wú)色氣體，是銅與氫離子和硝酸離子反應(yīng)生成銅離子和一氧化氮，其離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了離子檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和反應(yīng)現(xiàn)象分析判斷，熟練掌握離子共存的條件及離子性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．