Question

16．某溶液含有K⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Cl^-、CO₃^2-、OH^-、NO₃^-、SO₄^2-中的幾種，已知該溶液各離子的濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解）．為確定該溶液中含有的離子，現(xiàn)進(jìn)行了如下的操作：
Ⅰ．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化；
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，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沒有增加．
請推斷：
（1）僅由操作Ⅰ及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是溶液中一定不含F(xiàn)e³⁺．
（2）僅由操作Ⅱ及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-、或同時含有CO₃^2-和SO₄^2-．
（3）由操作Ⅲ及現(xiàn)象可得出溶液中一定含有的陽離子是Fe²⁺ （ 寫離子符號）．操作Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂．
（4）結(jié)合三步操作及題干已知，你認(rèn)為原溶液中所含離子種類共有5種．
（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，得到的固體質(zhì)量為3.2 g，寫出此過程中涉及氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

Answer 1

分析 I．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化，證明溶液中不含鐵離子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明是一氧化氮氧化為二氧化氮，證明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類沒有增加，說明硝酸根離子氧化為亞鐵離子生成硝酸鐵、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀鹽酸，有無色氣體生成，溶液中陰離子種類不變，若溶液中含有碳酸根離子，加入鹽酸后，溶液中陰離子種類會減少，所以溶液中含有二價鐵離子和硝酸根離子；二價鐵離子和氫氧根離子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各離子物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解），根據(jù)溶液中陰陽離子電荷相等，二價鐵離子和氯離子、硝酸根離子所帶電荷相等，溶液中沒有氫氧根離子，所以陰離子是硫酸根離子，溶液中呈現(xiàn)二價的陽離子有銅離子，所以溶液中含有銅離子，通過以上分析知，原溶液中含有陽離子為：Fe²⁺，Cu²⁺；含有陰離子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有離子為Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．依據(jù)分析推斷出的離子減小分析回答問題．

解答 解：I．取少量溶液，加入KSCN溶液時無明顯變化，證明溶液中不含鐵離子：
Ⅱ．取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
Ⅲ．另取溶液加入鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，說明是一氧化氮氧化為二氧化氮，證明原溶液中一定含有NO₃^-和Fe²⁺，；此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類沒有增加，說明硝酸根離子氧化為亞鐵離子生成硝酸鐵、一氧化氮和水；向原溶液中加入稀鹽酸，有無色氣體生成，溶液中陰離子種類不變，若溶液中含有碳酸根離子，加入鹽酸后，溶液中陰離子種類會減少，所以溶液中含有二價鐵離子和硝酸根離子；二價鐵離子和氫氧根離子生成沉淀，所以溶液中一定不含有CO₃^2-、OH^-；溶液中各離子物質(zhì)的量濃度均為0.2mol/L（不考慮水的電離及離子的水解），根據(jù)溶液中陰陽離子電荷相等，二價鐵離子和氯離子、硝酸根離子所帶電荷相等，溶液中沒有氫氧根離子，所以陰離子是硫酸根離子，溶液中呈現(xiàn)二價的陽離子有銅離子，所以溶液中含有銅離子，通過以上分析知，原溶液中含有陽離子為：Fe²⁺，Cu²⁺；含有陰離子：NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
溶液中含有離子為Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-．
（1）僅由操作I及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是，向溶液中加入KSCN溶液無明顯變化，證明溶液中無三價鐵離子；
故答案為：溶液中一定不含F(xiàn)e³⁺；
（2）僅由操作Ⅱ及現(xiàn)象可得出的結(jié)論是，取原溶液加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成證明溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-，或CO₃^2-和SO₄^2-；
故答案為：溶液中可能含有CO₃^2-或SO₄^2-、或同時含有CO₃^2-和SO₄^2-；
（3）依據(jù)分析推斷可知，由操作Ⅲ及現(xiàn)象可得出溶液中一定含有的陽離子是Fe²⁺，操作Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
故答案為：Fe²⁺；3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂；
（4）依據(jù)上述分析可知溶液中一定含有Fe²⁺，Cu²⁺；NO₃^-，Cl^-，SO₄^2-五種離子；
故答案為：5；
（5）另取l00mL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，得到的固體為氧化鐵和氧化銅，反應(yīng)過程中的反應(yīng)是亞鐵離子和氫氧根離子形成氫氧化亞鐵白色沉淀，灼燒過程中氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，氫氧化鐵分解生成氧化鐵，銅離子和氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化銅，灼燒分解得到氧化銅，反應(yīng)的方程式為4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；2Fe（OH）₃=Fe₂O₃+3H₂O，Cu（OH）₂=CuO+H₂O，依據(jù)鐵元素守恒計算得到，l00mL原溶液中Fe²⁺濃度為0.2mol/L，所以亞鐵離子物質(zhì)的量為0.02mol，氧化鐵物質(zhì)的量為0.01mol，所以得到氧化鐵的質(zhì)量=0.01mol×160g/mol=1.6g，Cu²⁺離子物質(zhì)的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，氧化銅質(zhì)量=0.02mol×80g/mol=1.6g；所以質(zhì)量=1.6g+1.6g=3.2g；
故答案為：3.2；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．

點評 本題考查了離子檢驗的實驗方法和反應(yīng)現(xiàn)象分析，掌握離子性質(zhì)和溶液中電荷守恒計算判斷存在的離子是解題關(guān)鍵，題目難度較大．