Question

【題目】某工業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），且各種離子的物質的量濃度相等，均為0.1mol/L．

陽離子	K+ Cu2+ Fe3+ Al3+ Fe2+
陰離子	Cl﹣ CO32﹣ NO3﹣ SO42﹣ SiO32﹣

甲同學欲探究廢水的組成，進行了如下實驗：

I．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍色鈷玻璃觀察）。

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化。

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，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。

請推斷

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

（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式是_______。

（3）將Ⅲ中紅棕色氣體（標況下）收集一試管然后倒扣入水中（假設溶質不擴散），所得溶液的物質的量濃度為_________mol/L（精確到千分位）。

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

（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為_________________，質量為_______________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，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察)，說明沒有K+；

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe3+；

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，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不變，說明 Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說明沒有SiO32-；

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

根據以上判斷，結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，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察)，說明沒有K+；

Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe3+；

Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，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不變，說明 Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說明沒有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-。根據各種離子的物質的量濃度相等，均為0.1mol/L，則溶液中一定還含有一種陽離子，根據電荷守恒，該陽離子所帶電荷=1+1+2-2=2，因此一定含有Cu2+，且一定沒有CO32﹣。

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

(2)Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，其離子方程式：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO+2H2O，故答案為：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO+2H2O；

(3)標準狀況下，將一充滿NO2氣體的試管，倒扣于水中，至液面不再升高時，最后得到的硝酸，3NO2 + H2O =2HNO3 + NO，設試管體積為VL，最終試管中所得溶液的體積為L，生成硝酸的物質的量為×=×mol，因此溶液的物質的量濃度==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；已經推斷出的陽離子是Fe2+，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種+2價陽離子，所以還有Cu2+，所以甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是：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，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為Fe2O3和CuO；根據元素守恒：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。