Question

9．Ⅰ．某無色溶液X，由K⁺、NH${\;}_{4}^{+}$、Ba²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$中的若干種離子組成，取該溶液進行如下實驗：（如圖1）

（1）白色沉淀甲是BaSO₄．
（2）試寫出實驗過程中生成氣體A、B的離子方程式CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑、NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O．
（3）通過上述實驗，可確定X溶液中一定存在的離子是NH⁺₄、CO₃^2-、SO₄^2-，要確定可能存在的離子，需補加的實驗是K⁺．
Ⅱ．A、B、C三種強電解質，它們在水中電離出的離子如下表所示：

陽離子	Na+、K+、Cu2+
陰離子	SO${\;}_{4}^{2-}$、OH-

如圖2所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，電極均為石墨電極．

接通電源，經過一段時間后，測得乙中c電極質量增加了16g．常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關系圖如圖3．據(jù)此回答下列問題：
（1）M為電源的負極（填寫“正”或“負”）電極b上發(fā)生的電極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（2）計算電極e上生成的氣體在標準狀況下的體積5.6L；
（3）寫出乙燒杯的電解池反應2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
（4）如果電解過程中B溶液中的金屬離子全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？
（5）若經過一段時間后，測得乙中c電極質量增加了16g，要使丙恢復到原來的狀態(tài)，操作是加入4.5g水．

Answer 1

分析 Ⅰ．無色溶液，判斷Fe³⁺不存在，加過量鹽酸生成氣體和溶液，判斷溶液中一定含CO₃^2-；則一定不含有Ba²⁺、Al³⁺；氣體A為CO₂；溶液I加入過量氫氧化鋇反應生成氣體B為氨氣，白色沉淀甲是硫酸鋇；
Ⅱ．測得乙中c電極質量增加了16g，則乙中含有Cu²⁺，結合離子的共存可知，B為CuSO₄，丙中pH不變，則C為硫酸鈉或硫酸鉀，甲中pH增大，則A為KOH或NaOH，
（1）乙中c電極銅離子得電子，則c為陰極，即M為電源負極，則b為陽極，堿溶液中OH^-放電；
（2）e電極上氫離子放電生成氫氣，利用Cu～2e^-～H₂↑來計算；
（3）乙燒杯中為惰性電極電解硫酸銅溶液；
（4）B溶液中的金屬離子全部析出，電解質為硫酸，能電解；
（5）丙中電解質為硫酸鈉或硫酸鉀，實質為電解水．

解答 解：Ⅰ．無色溶液，判斷Fe³⁺不存在，加過量鹽酸生成氣體和溶液，判斷溶液中一定含CO₃^2-；則一定不含有Ba²⁺、Al³⁺；氣體A為CO₂；溶液I加入過量氫氧化鋇反應生成氣體B為氨氣，一定有銨根離子，白色沉淀甲是硫酸鋇，原溶液一定含有硫酸根．
（1）白色沉淀甲是硫酸鋇，故答案為：BaSO₄；
（2）碳酸鈉溶液與過量稀鹽酸混合完全反應生成CO₂，反應的離子方程式為CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑，銨鹽能與堿反應生成氨氣：NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O，故答案為：CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O；
（3）X溶液中一定存在的離子是NH⁺₄、CO₃^2-、SO^2-₄，一定不存在的離子是Fe³⁺、Ba²⁺、Al³⁺，尚未確定是否存在的離子是K⁺，故答案為：NH⁺₄、CO₃^2-、SO^2-₄；K⁺；
Ⅱ．測得乙中c電極質量增加了16g，則乙中含有Cu²⁺，結合離子的共存可知，B為CuSO₄，丙中pH不變，則C為硫酸鈉或硫酸鉀，甲中pH增大，則A為KOH或NaOH，
（1）乙中c電極銅離子得電子，則c為陰極，即M為電源負極，則b為陽極，堿溶液中OH^-放電，電極反應為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：負；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）e電極上氫離子放電生成氫氣，n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，由Cu～2e^-～H₂↑可知生成標況下氫氣的體積為0.25mol×22.4L/mol=5.6L，故答案為：5.6L；
（3）乙燒杯中為惰性電極電解硫酸銅溶液，總反應為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（4）B溶液中的金屬離子全部析出，電解質為硫酸，電解時溶液中的氫離子、氫氧根離子放電，能繼續(xù)電解，
故答案為：能；因為CuSO₄溶液已轉變?yōu)镠₂SO₄溶液，反應變?yōu)殡娊馑�的反應�?br />（5）丙中電解質為硫酸鈉或硫酸鉀，實質為電解水，由電子守恒可知H₂O～2e^-～Cu，則要恢復原狀，加0.25mol×18g/mol=4.5g水，故答案為：加入4.5g水．

點評 本題考查了離子檢驗的方法應用、電解原理，明確發(fā)生的電極反應、電解反應及圖象的分析是解答本題的關鍵，注意利用乙推出各物質及電源的正負極是解答的突破口，題目難度中等．