Question

10．今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：K⁺、NH₄⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ba²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-，為了確定溶液中所含離子及其物質(zhì)的量濃度，某同學(xué)設(shè)計實驗如下：取三份100mL上述水溶液進(jìn)行如下實驗：
①第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生．
②第二份加入足量NaOH溶液，加熱，收集到氣體896mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）
③第三份加入足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為2.33g．根據(jù)上述實驗，請回答：
（1）溶液中肯定存在的離子是NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；哪些離子的濃度能確定，分別是NH₄⁺、0.4mol/L，SO₄^2-、0.1mol/L，CO₃^2-、0.2mol/L；
（2）肯定不存在的離子是Mg²⁺、Ba²⁺，理由是Mg²⁺、Ba²⁺與CO₃^2-，Ba²⁺與SO₄^2-不能共存；
（3）可能存在的離子是Cl^-，如何確定？先加過量Ba（NO₃）₂溶液，取上層清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀說明有Cl^-，否則無Cl^-．

Answer 1

分析 ①第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生，說明可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
②第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.448L（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），證明一定含有NH₄⁺；生成的氣體為氨氣物質(zhì)的量=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol；無沉淀生成，則溶液中一定不含Mg²⁺、Cu²⁺；
③第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為2.33g．證明原溶液中一定含有CO₃^2-、SO₄^2-，存在CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在Ba²⁺；
生成沉淀BaSO₄物質(zhì)的量=$\frac{2.33g}{233g/mol}$═0.01mol；生成的沉淀BaCO₃物質(zhì)的量=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol；根據(jù)電荷守恒，存在K⁺，Cl^-不能確定，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：第一份：第一份加入AgNO₃，溶液有沉淀產(chǎn)生，說明溶液中可能存在：Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-；
第二份：加足量NaOH溶液加熱后生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下0.896L氣體為氨氣，則溶液中一定含有NH₄⁺，且物質(zhì)的量為：$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol；
第三份：根據(jù)題中信息可知2.33為硫酸鋇，n（BaSO₄）=n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$═0.01mol；生成的沉淀BaCO₃物質(zhì)的量=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol；因為一定含CO₃^2-所以不含Mg²⁺；再根據(jù)電荷守恒，正電荷為：n（+）=n（NH₄⁺）=0.04mol；n（-）=2n（CO₃^2-）+2n（SO₄^2-）=0.06mol，故一定有K⁺，至少0.02mol；
（1）根據(jù)分析可知肯定存在的離子是NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；能夠確定濃度的離子為NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-，
NH₄⁺的物質(zhì)的量是0.04mol，溶液體積是0.1L，所以c（NH₄⁺）=$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L；SO₄^2-物質(zhì)的量是0.01mol，則c（SO₄^2-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L；CO₃^2-的物質(zhì)的量是0.02mol，則c（CO₃^2-）=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L，
故答案為：NH₄⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、K⁺；NH₄⁺、0.4mol/L，SO₄^2-、0.1mol/L，CO₃^2-、0.2mol/L；
（2）由于Mg²⁺、Ba²⁺與CO₃^2-，Ba²⁺與SO₄^2-發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，則溶液中一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺，
故答案為：Mg²⁺、Ba²⁺；Mg²⁺、Ba²⁺與CO₃^2-，Ba²⁺與SO₄^2-不能共存；
（3）根據(jù)分析可知，無法確定是否含有氯離子，可先加過量Ba（NO₃）₂溶液，除去硫酸根離子，然后取上層清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀說明有Cl^-，否則無Cl^-，
故答案為：Cl^-；先加過量Ba（NO₃）₂溶液，取上層清液，加酸化的AgNO₃溶液，若有白色沉淀說明有Cl^-，否則無Cl^-．

點評 本題考查了常見離子的檢驗方法，題目難度中等，試題涉及到根據(jù)電荷守恒推斷離子的存在，為易錯點，注意熟練掌握常見離子的性質(zhì)及檢驗方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及邏輯推理能力．