Question

【題目】某工業(yè)廢水中僅含下表離子中的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(yáng)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(wú)紫色火焰（透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察）。

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無(wú)明顯變化。

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無(wú)色氣體生成，該無(wú)色氣體遇空氣變成紅棕色，此時(shí)溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類(lèi)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(qǐng)推斷

（1）由I、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽(yáng)離子是_____________（寫(xiě)離子符號(hào)）。

（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無(wú)色氣體的離子方程式是_______。

（3）將Ⅲ中紅棕色氣體（標(biāo)況下）收集一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_________mol/L（精確到千分位）。

（4）甲同學(xué)最終確定原溶液中所含陽(yáng)離子是___________，陰離子是_______。

（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為_________________，質(zhì)量為_______________g。

Answer 1

【答案】K+、Fe3+ 3Fe2++NO3﹣+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O 0.045 Fe2+、Cu2+ Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣ CuO和Fe2O3 1.6

【解析】

Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無(wú)紫色火焰(透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察)，說(shuō)明沒(méi)有K+；

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無(wú)明顯變化，說(shuō)明沒(méi)有Fe3+；

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無(wú)色氣體生成，該無(wú)色氣體遇空氣變成紅棕色，此時(shí)溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類(lèi)不變，說(shuō)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(lèi)不變，說(shuō)明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說(shuō)明沒(méi)有SiO32-；

Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，說(shuō)明有SO42-；

根據(jù)以上判斷，結(jié)合電荷守恒分析解答。

Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無(wú)紫色火焰(透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察)，說(shuō)明沒(méi)有K+；

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無(wú)明顯變化，說(shuō)明沒(méi)有Fe3+；

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無(wú)色氣體生成，該無(wú)色氣體遇空氣變成紅棕色，此時(shí)溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類(lèi)不變，說(shuō)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(lèi)不變，說(shuō)明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說(shuō)明沒(méi)有SiO32-；

Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，說(shuō)明有SO42-；

綜上所述，溶液中一定不含有的離子是K+、Fe3+、SiO32-；一定含有Fe2+、NO3-、Cl-、SO42-。根據(jù)各種離子的物質(zhì)的量濃度相等，均為0.1mol/L，則溶液中一定還含有一種陽(yáng)離子，根據(jù)電荷守恒，該陽(yáng)離子所帶電荷=1+1+2-2=2，因此一定含有Cu2+，且一定沒(méi)有CO32﹣。

(1)由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽(yáng)離子是K+、Fe3+，故答案為：K+、Fe3+；

(2)Ⅲ中加入少量鹽酸生成無(wú)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(mǎn)NO2氣體的試管，倒扣于水中，至液面不再升高時(shí)，最后得到的硝酸，3NO2 + H2O =2HNO3 + NO，設(shè)試管體積為VL，最終試管中所得溶液的體積為L，生成硝酸的物質(zhì)的量為×=×mol，因此溶液的物質(zhì)的量濃度==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-、SO42-，且各為0.1mol/L；已經(jīng)推斷出的陽(yáng)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(jià)陽(yáng)離子，所以還有Cu2+，所以甲同學(xué)最終確定原溶液中所含陽(yáng)離子是：Fe2+、Cu2+；陰離子是：Cl-、NO3-、SO42-，故答案為：Fe2+、Cu2+；Cl-、NO3-、SO42-；

(5)另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+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(guò)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(Fe2O)=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；1.6。