Question

某化學研究性學習小組對某無色水樣的成分進行檢驗，已知該水樣中只可能含有K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、CO、SO、Cl^-中的若干種離子．該小組同學取100mL水樣進行實驗，向水樣中先滴加硝酸鋇溶液，再滴加1mol/L的硝酸，實驗過程中沉淀質(zhì)量的變化情況如右圖所示：
（1）水樣中一定含有的陰離子是______，其物質(zhì)的量濃度之比為______．
（2）寫出BC段所表示反應的離子方程式：______．
（3）由B到C點變化過程中消耗硝酸的體積為______．
（4）試根據(jù)實驗結(jié)果推測K⁺是否存在？______（填“是”或“否”）；若存在，K⁺的物質(zhì)的量濃度c（K⁺）的范圍是______．（若K⁺不存在，則不必回答該問）．
（5）設計簡單實驗驗證原水樣中可能存在的離子：______．（寫出實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論）

Answer 1

解：該水樣為無色溶液，水樣Fe³⁺、Cu²⁺不存在，依據(jù)圖象分析加入硝酸鋇溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解證明水樣中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因為Al³⁺與CO₃^2-發(fā)生雙水解，CO₃^2-與Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺發(fā)生反應生成沉淀不能大量存在，所以Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；n（SO₄^2-）==0.01mol，n（CO₃^2-）=n（BaCO₃）==0.02mol；c（SO₄^2-）：c（CO₃^2-）=1：2；原溶液中可能含有Cl^-，依據(jù)電解質(zhì)溶液中電荷守恒，陽離子K⁺一定存在；根據(jù)電荷守恒得到：0.01mol×2+0.02mol×2+n（Cl^-）=n（K⁺）推知n（K₊）≥0.06mol，則c（K⁺）≥0.6mol/L；
（1）水樣中一定含有的陰離子是SO₄^2-，CO₃^2-；其物質(zhì)的量濃度之比為1：2；
故答案為：SO₄^2-，CO₃^2-；1：2；
（2）BC段所表示反應是碳酸鋇溶于稀硝酸的反應，反應的離子方程式：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，故答案為：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）由B到C點變化過程中依據(jù)圖象分析軟件的碳酸鋇n（BaCO₃）==0.02mol；消耗稀硝酸物質(zhì)的量為0.04mol，消耗硝酸的體積===0.04L=40ml，故答案為：40ml；
（4）依據(jù)電解質(zhì)溶液中電荷守恒，陽離子K⁺一定存在；根據(jù)電荷守恒得到：0.01mol×2+0.02mol×2+n（Cl^-）=n（K⁺）推知n（K₊）≥0.06mol，則c（K⁺）≥0.6mol/L，故答案為：是；≥0.6mol/L；
（5）可能存在的離子是Cl^-，實驗設計為：取少量水樣與試管中，向試管中加入過量升溫硝酸鋇溶液和稀硝酸，待沉淀完全和無氣體生成后，向上層清液中滴加適量的硝酸銀溶液，若生成白色沉淀，則原水樣中 含有Cl-，若無白色沉淀生成，證明無Cl^-存在，
故答案為：取少量水樣與試管中，向試管中加入過量升溫硝酸鋇溶液和稀硝酸，待沉淀完全和無氣體生成后，向上層清液中滴加適量的硝酸銀溶液，若生成白色沉淀，則原水樣中 含有Cl^-，若無白色沉淀生成，證明無Cl-存在．
分析：該水樣為無色溶液，水樣Fe³⁺、Cu²⁺不存在，依據(jù)圖象分析加入硝酸鋇溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解證明水樣中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因為Al³⁺與CO₃^2-發(fā)生雙水解，CO₃^2-與Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺發(fā)生反應生成沉淀不能大量存在，所以Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；依據(jù)電解質(zhì)溶液中電荷守恒分析判斷陽離子的存在，原溶液中可能含有Cl^-，依據(jù)電解質(zhì)溶液中電荷守恒，陽離子K⁺一定存在．
點評：本題考查了離子檢驗的實驗方法分析判斷，離子檢驗的試劑選擇和現(xiàn)象分析，電解質(zhì)溶液中電荷守恒的計算應用，仔細審題，綜合分析是解題關鍵，題目難度中等．