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2.1000mL某待测液中除含有0.2mol•L-1的Na+外,还可能含有下列离子中的一种或多种:
阳离子K+、NH4+、Fe3+、Ba2+
阴离子Cl-、Br-、CO32-、HCO3-、SO32-、SO42-
现进行如下实验操作(所加试剂均过量):

(1)写出生成白色沉淀B的离子方程式:HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O.
(2)若无色气体D是单一气体:
①将阴离子的物质的量浓度填入下表中(一定不存在的填“0”,不能确定的填“?”):
阴离子Cl-Br-CO32-HCO3-SO32-SO42-
浓度/mol•L-1
②判断原溶液中K+是否存在,若存在,求其物质的量浓度的最小值,若不存在,请说明理由:存在,K+离子最小浓度为0.1mol/L.
(3)若无色气体D是混合气体,待测液中一定含有的阴离子是CO32-、HCO3-、SO32-

分析 (1)待测液和氯化钡溶液反应得到沉淀A,则溶液中可能含有CO32-、SO32-、SO42-,向沉淀中加入稀硝酸生成气体,且有部分沉淀不溶解,则溶液中存在CO32-,可能存在SO32-、SO42-中的两种或一种,根据离子共存知,溶液中不存在Ba2+
滤液A中有Ba2+,加入过量的NaOH溶液得到气体B、白色沉淀B,则溶液中一定含有NH4+、HCO3-,一定不存在Fe3+,气体B为NH3,白色沉淀B为BaCO3,滤液B中通入氯气,得浅黄绿色溶液,溶液中一定没有Br-,滤液B中加入硝酸银、硝酸溶液得到白色沉淀C,C为AgCl,说明滤液B中含有Cl-,由于加入氯化钡溶液,不能确定原溶液中是否含有Cl-
(2)若无色气体D是单一气体,则D为CO2,E为CaCO3,溶液中含有CO32-,白色沉淀D只能为BaSO4,溶液中一定没有SO32-,一定含有SO42-,计算B(碳酸钡)、E(碳酸钙)、硫酸钡的物质的量,根据离子守恒计算各离子的浓度;
根据电荷守恒判断是否含有钾离子,若溶液含有K+,当溶液中没有Cl-,K+离子浓度最小,根据电荷守恒计算;
(3)溶液中一定含有CO32-、HCO3-,不能确定原溶液中是否含有Cl-,溶液中一定没有Br-,若无色气体D是混合气体,只能为CO2、NO混合气体,白色沉淀D只能为BaSO4,溶液中一定含有SO32-,不能确定是否含有SO42-

解答 解:待测液和氯化钡溶液反应得到沉淀A,则溶液中可能含有CO32-、SO32-、SO42-,向沉淀中加入稀硝酸生成气体,且有部分沉淀不溶解,则溶液中存在CO32-,可能存在SO32-、SO42-中的两种或一种,根据离子共存知,溶液中不存在Ba2+
滤液A中有Ba2+,加入过量的NaOH溶液得到气体B、白色沉淀B,则溶液中一定含有NH4+、HCO3-,一定不存在Fe3+,气体B为NH3,白色沉淀B为BaCO3,滤液B中通入氯气,得浅黄绿色溶液,溶液中一定没有Br-,滤液B中加入硝酸银、硝酸溶液得到白色沉淀C,C为AgCl,说明滤液B中含有Cl-,由于加入氯化钡溶液,不能确定原溶液中是否含有Cl-
(1)由上述分析可知,白色沉淀B为碳酸钡,是由HCO3-、Ba2+、OH-反应生成,反应离子方程式为:HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O,
故答案为:HCO3-+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2O;
(2)①由上述分析可知,不能确定原溶液中是否含有Cl-,溶液中一定没有Br-
若无色气体D是单一气体,则D为CO2,E为CaCO3,溶液中含有CO32-,白色沉淀D只能为BaSO4,溶液中一定没有SO32-,一定含有SO42-
B(碳酸钡)的物质的量=$\frac{19.7g}{197g/mol}$=0.1mol,则n(HCO3-)=0.1mol,故c(HCO3-)=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L,
E(碳酸钙)的物质的量=$\frac{10g}{100g/mol}$=0.1mol,则n(CO32-)=0.1mol,故c(CO32-)=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L,
D(硫酸钡)的物质的量=$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol,则n(SO42-)=0.05mol,故c(SO42-)=$\frac{0.05mol}{1L}$=0.05mol/L,
故答案为:

阴离子Cl-Br-CO32-HCO3-SO32-SO42-
浓度/mol•L-100.10.100.05
②n(NH4+)=n(NH3)=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol,则c(NH4+)=0.1mol/L,溶液中c(Na+)=0.2mol/L,c(HCO3-)=0.1mol/L,c(CO32-)=0.1mol/L,c(SO42-)=0.05mol/L,单位体积为正电荷=1×0.1mol/L+1×0.2mol/L=0.3mol/L,单位体积内负电荷=1×0.1mol/L+2×0.1mol/L+2×0.05mol/L=0.4mol/L,则单位体积为正电荷<单位体积内负电荷,故一定含有K+,当溶液中没有Cl-,K+离子浓度最小,根据电荷守恒可知,c(K+)最小浓度=0.4mol/L-0.3mol.L=0.1mol/L,
故答案为:存在;K+离子最小浓度为0.1mol/L;
(3)①由上述分析可知,溶液中一定含有CO32-、HCO3-,不能确定原溶液中是否含有Cl-,溶液中一定没有Br-
若无色气体D是混合气体,只能为CO2、NO混合气体,白色沉淀D只能为BaSO4,溶液中一定含有SO32-,不能确定是否含有SO42-,待测液中一定含有的阴离子是CO32-、HCO3-、SO32-
故答案为:CO32-、HCO3-、SO32-

点评 本题考查了离子的推断、检验,熟悉物质的性质是解本题关键,根据实验过程中反应现象、离子共存条件来确定溶液中存在的离子,注意根据溶液中电荷守恒确定钾离子是否存在,同时考查学生综合运用知识解决问题的能力,题目难度较大.

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(2)通过测定溶液变蓝所用时间来探究外界条件对该反应速率的影响,记录如下.
编号0.01mol/LNaHSO3溶液/mL0.01mol/L KIO3
溶液/mL
H2O/mL反应温度
/℃
溶液变蓝所用时间t/s
6.010.04.015t1
6.014.0015t2
6.0ab25t3
实验①②是探究KIO3溶液的浓度对反应速率的影响,表中t1>t2(填“>”、“=”或“<”);
实验①③是探究温度对反应速率的影响,表中a=10.0,b=4.0.、
(3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液在恒温条件下混合,用速率检测仪检测出起始阶段反应速率
逐渐增大.该小组对其原因提出如下假设,请你完成假设二.
假设一:生成的SO42-对反应起催化作用;
假设二:生成的I-或H+对反应起催化作用;

(4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容.
实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期实验现象和结论
在烧杯甲中将一定量的NaHSO3溶液与KIO3溶液混合,用速率检测仪测定起始时的反应速率v(甲)
在烧杯乙中先加入少量①Na2SO4粉末,其他条件与甲完全相同,用速率检测仪测定起始时的反应速率v(乙)
②若v(甲)=v(乙),则假设一不成立
③若v(甲)<v(乙),则假设一成立
(填“>”、“=”或“<”)

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试管编号加3%Na2S2O3溶液/ml加H2O/ml加H2SO4(1:5)/滴出现浑浊所用时间/s
335a
425b
515c
(1)a=33、b=28、c=16
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