Question

20．某工業(yè)廢水中僅含表離子中的5種（不考慮水的電離及離子的水解），且各種離子的物質(zhì)的量濃度相等，均為0.1mol/L．

陽離子	K+　 Cu2+　 Fe3+　 Al3+　 Fe2+
陰離子	Cl-　 CO32-　NO3-  SO42-　 SiO32-

甲同學(xué)欲探究廢水的組成，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
I．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍(lán)色鈷玻璃觀察）．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化．
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變．
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
請推斷：
（1）由I、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K⁺、Fe³⁺（寫離子符號）．
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式是3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）將Ⅲ中紅棕色氣體（標(biāo)況下）收集一滿試管然后倒扣入水中（假設(shè)溶質(zhì)不擴(kuò)散），所得溶液的物質(zhì)的量濃度為0.045mol/L（精確到千分位）．
（4）甲同學(xué)最終確定原溶液中所含陽離子是Fe²⁺、Cu²⁺，陰離子是Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．（寫離子符號）
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為CuO和Fe₂O₃質(zhì)量為1.6g．

Answer 1

分析 Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍(lán)色鈷玻璃觀察），說明沒有K⁺．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe³⁺．
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，說明 Fe²⁺與NO₃^-和H⁺反應(yīng)生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl^-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說明沒有SiO₃^2-；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，說明有SO₄^2-；根據(jù)以上判斷分析．

解答 解：Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍(lán)色鈷玻璃觀察），說明沒有K⁺．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe³⁺．
Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，說明 Fe²⁺與NO₃^-和H⁺反應(yīng)生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl^-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說明沒有SiO₃^2-；
Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，說明有SO₄^2-；
（1）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K⁺、Fe³⁺，
故答案為：K⁺、Fe³⁺；
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是Fe²⁺與NO₃^-和H⁺反應(yīng)生成NO，其離子方程式：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO+2H₂O；
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO+2H₂O；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將一充滿NO₂氣體的試管，倒扣于水中，至液面不再升高時，再充入氧氣可以使液面繼續(xù)上升至充滿試管，最后得到的硝酸，設(shè)試管體積為VL，最終試管中所得溶液的濃度為$\frac{\frac{VL}{22.4L/mol}}{VL}$=0.045mol/L，
故答案為：0.045；
（4）由以上推斷可知溶液中陰離子為 Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-，且各為0.1mol/L；已經(jīng)推斷出的陽離子是Fe²⁺，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種+2價陽離子，所以還有Cu²⁺，所以甲同學(xué)最終確定原溶液中所含陽離子是：Fe²⁺、Cu²⁺；陰離子是：Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
故答案為：Fe²⁺、Cu²⁺；Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，F(xiàn)e²⁺生成Fe（OH）₂，又被氧氣氧化為Fe（OH）₃，Cu²⁺生成Cu（OH）₂，充分反應(yīng)后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為Fe₂O₃和CuO；
根據(jù)元素守恒：n（CuO）=n（Cu²⁺）=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol；n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Fe²⁺）=0.005mol，
所以固體質(zhì)量為：m（CuO）+m（Fe₂O₃）=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g，
故答案為：Fe₂O₃和CuO；1.6g．

點(diǎn)評 本題考查離子的檢驗(yàn)，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和計算能力，注意把握離子的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判斷，難度不大．