Question

1．學校化學研究小組對某溶液進行檢測分析，該無色溶液中可能含有NH₄⁺、K⁺、Al³⁺、HCO₃^-、Cl^-、MnO₄^-、SO₄^2-等離子中的幾種離子．
①經實驗可知溶液明顯呈酸性
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向濾液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產生．
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產生白色沉淀乙，當沉淀增加到一定量后開始產生氣體丙，最后沉淀完全溶解．
（1）寫出氣體丙的電子式，空間構型為三角錐形．
（2）該溶液中一定不含有：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-（填離子的化學式）離子，一定含有的離子有NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-（填離子的化學式）．
（3）在這些不存在的離子中，有一種離子在酸性環(huán)境中與SO₂反應，試寫出該反應的離子方程式：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
（4）請設計實驗方案，檢驗該試液中是否存在可能含有的離子焰色反應，用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺．
（5）為確定上述溶液中所含的各種離子的物質的量，取100mL上述溶液并向其中加入Na₂O₂固體，產生的沉淀和氣體與所加Na₂O₂固體物質的量的關系曲線如圖：該溶液中可能存在的離子的物質的量為0.1mol．

Answer 1

分析 溶液無色，說明不含MnO₄^-；
①經實驗可知溶液明顯呈酸性，可為強酸弱堿鹽，則一定不存在水解呈堿性的HCO₃^-離子；
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向濾液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產生，說明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲為BaSO₄；
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產生白色沉淀乙，當沉淀增加到一定量后開始產生氣體丙，最后沉淀完全溶解，說明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙為Al（OH）₃，丙為NH₃；
K⁺應通過焰色反應檢驗，根據過氧化鈉的量結合圖象判斷含有的離子的物質的量．

解答 解：溶液無色，說明不含MnO₄^-；
①經實驗可知溶液明顯呈酸性，可為強酸弱堿鹽，則一定不存在水解呈堿性的HCO₃^-離子；
②取10mL該溶液于試管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后過濾得到0.03mol白色沉淀甲，向濾液中加入AgNO₃溶液未見沉淀產生，說明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲為BaSO₄；
③另取少量該溶液于試管中，滴加NaOH溶液產生白色沉淀乙，當沉淀增加到一定量后開始產生氣體丙，最后沉淀完全溶解，說明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙為Al（OH）₃，丙為NH₃，
（1）由以上分析可知丙為NH₃，電子式為，空間構型為三角錐形，故答案為：；三角錐形；
（2）由以上分析可知一定含有的離子為NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含有的離子為MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-，故答案為：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-；NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（3）能與二氧化硫反應的離子應具有強氧化性，應為MnO₄^-，反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（4）K⁺應通過焰色反應檢驗，實驗方法是用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺，
故答案為：焰色反應，用潔凈的鉑絲蘸取試樣在無色火焰上灼燒，透過藍色鈷玻璃，觀察火焰顏色，若紫色，則含有K⁺；
（5）2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，根據圖象可知當加入Na₂O₂0.15mol時，Al³⁺完全沉淀，則生成的n（NaOH）=0.3mol，則n（Al³⁺）=0.1mol，
NH₄⁺完全生成NH₃時消耗的Na₂O₂為0.1mol，則n（NH₄⁺）=0.2mol，
由實驗②可知10mL溶液中含有SO₄^2-0.03mol，則100mL溶液中含有SO₄^2-0.3mol，
根據溶液電荷守恒可知：3n（Al³⁺）+n（K⁺）+n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-），
則n（K⁺）=2×0.3mol-3×0.1mol-0.2mol=0.1mol，
故答案為：0.1．

點評 本題考查常見離子的性質及檢驗方法，題目難度較大，注意根據實驗現象判斷可能含有的離子，明確溶液中電荷守恒的運用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及靈活應用能力．