Question

Ⅰ．有一無色透明溶液，欲確定是否含有下列離子：K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、I^-、HCO₃^-，取該溶液進行實驗：

實驗步驟	實驗現象
（1）取少量該溶液，測定溶液pH	pH=0
（2）取少量該溶液加熱濃縮，加Cu片和濃 H2SO4，加熱	有無色氣體產生，氣體遇空氣變成紅棕色
（3）取少量該溶液，加少量BaCl2溶液	有白色沉淀
（4）取（3）中上層清液，加足量AgNO3溶液	有白色沉淀，且不溶于稀HNO3
（5）取少量該溶液，加NaOH溶液	有白色沉淀，NaOH過量時沉淀部分溶解

由此判斷：
（1）溶液中肯定不存在的離子有

I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-

，
溶液中肯定存在的離子是

NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺

．
（2）請設計實驗驗證其中可能存在的陰離子的方法（寫明操作、現象、結論）

可能存在陰離子為氯離子，檢驗方法為：取少許原溶液于試管中，先加入過量的硝酸鋇溶液，再往上層清液中滴加硝酸銀溶液，若出現白色沉淀則說明含有Cl^-

Ⅱ．已知一定量的鐵粉與某濃度的硝酸反應，其離子方程式如下：
aFe+bH⁺+cNO₃^-═dFe²⁺+eFe³⁺+fNO+gN₂O₄+hN₂O+iH₂O
試確定以下關系
（1）a、d、e的關系

a=d+e

；
（2）c、f、g、h的關系

c=f+2g+2h

；
（3）b、c、d、e的關系

b+c=2d+3e

；
（4）d、e、f、g、h的關系

2d+3e=3f+2g+8h

；
（5）b、f、g、h的關系

b=4f+4g+10h

．

Answer 1

分析：（1）無色溶液中，有色離子不存在，氫氧化鋁是兩性氧化物，能溶于強堿中，白色且不溶于硝酸的白色沉淀是氯化銀或者是硫酸鋇，在酸性環境下，能和氫離子反應的離子不共存，根據離子反應的現象以及離子共存的知識加以分析，
因是無色透明溶液，則不含有Fe²⁺，
由（1）取少量該溶液，加幾滴甲基橙，溶液顯紅色，說明溶液顯示酸性，所以HCO₃^-不存在；
由（2）取少量該溶液加熱濃縮，加Cu片和濃硫酸，加熱有無色氣體產生，氣體（NO）遇空氣可以變成紅棕色（二氧化氮），說明溶液中含有NO₃^-，則一定不含有I^-；
由（3）取少量該溶液，加BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，則含有SO₄^2-；
由（4）取（3）中的上層清夜，加AgNO₃，有穩定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，則含有Cl^-，由于（3）中加入了氯化鋇，無法證明原溶液中是否存在氯離子；
由（5）取少量該溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，當NaOH過量時，沉淀部分溶解，則含有鋁離子、鎂離子，根據以上分析完成；
（2）可能存在的陰離子為氯離子，根據氯離子檢驗方法完成；
（3）①a、d、e都是鐵元素的系數，根據鐵元素質量守恒定律完成；
②c、f、g、h表示的都是氮元素的系數，根據氮元素質量守恒定律完成；
③b、c、d、e四個系數均表示離子，所以應運用離子電荷守恒解答；
④d、e、f、g、h四個系數表示氧化產物（代表還原劑）和還原產物（代表氧化劑）的系數，可運用得失電子守恒解答；
⑤根據②③④關系可以得到b、f、g、h．

解答：解：（1）因是無色透明溶液，則不含有Fe²⁺，
（1）取少量該溶液，加幾滴甲基橙，溶液顯紅色，說明溶液顯示酸性，所以HCO₃^-不存在；
（2）取少量該溶液加熱濃縮，加Cu片和濃硫酸，加熱有無色氣體產生，氣體（NO）遇空氣可以變成紅棕色（二氧化氮），說明溶液中含有NO₃^-，則一定不含有I^-；
（3）取少量該溶液，加BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，則含有SO₄^2-；
（4）取（3）中的上層清夜，加AgNO₃，有穩定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，則含有Cl^-，由于（3）中加入了氯化鋇，無法證明原溶液中是否存在氯離子；
（5）取少量該溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，當NaOH過量時，沉淀部分溶解，則含有鋁離子、鎂離子；
（1）綜上可知，溶液中一定存在的離子是：NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺，溶液中肯定不存在的離子是：I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-，不能確定的有：K⁺、Cl^-，
故答案為：I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-；NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺；
（2）溶液中的可能存在的陰離子是Cl^-，檢驗方法是為：取少許原溶液于試管中，先加入過量的硝酸鋇溶液，再往上層清液中滴加硝酸銀溶液，若出現白色沉淀則說明含有Cl^-，
故答案為：可能存在的陰離子是Cl^-，檢驗方法為：取少許原溶液于試管中，先加入過量的硝酸鋇溶液，再往上層清液中滴加硝酸銀溶液，若出現白色沉淀則說明含有Cl^-；
（3））①a、d、e都是鐵元素的系數，根據鐵元素質量守恒定律：a=d+e，
故答案為：a=d+e；
②c、f、g、h表示的都是氮元素的系數，根據氮元素質量守恒定律：c=f+2g+2h，
故答案為：c=f+2g+2h；
③b、c、d、e四個系數均表示離子，離子電荷守恒，b+c=2d+3e，
故答案為：b+c=2d+3e；
④d、e、f、g、h四個系數表示氧化產物（代表還原劑）和還原產物（代表氧化劑）的系數，得失電子相等，得到電子為：2d+3e，失去電子為：3f+2g+8h，所以2d+3e=3f+2g+8h，
故答案為：2d+3e=3f+2g+8h；
⑤根據氫原子守恒，b=2i，
根據氧原子守恒，3c=f+4g+h+i，
根據氮原子守恒，c=f+2g+2h，
整理以上各式，消去i和c可得，b=4f+4g+10h，
故答案為：b=4f+4g+10h．

點評：本題考查離子的共存問題，明確題中信息的挖掘和應用是解答的關鍵，并熟悉離子不能共存的常見的原因即可解答．