Question

11．某无色溶液，可能含有以下离子中的若干种：H⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-，现各取两份100mL溶液进行如下实验：
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀产生，经洗涤、干燥后，沉淀质量为9.32g．
②第二份逐滴滴加NaOH溶液，测得沉淀与NaOH溶液的体积关系如图．
已知：2Al³⁺+2CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑
（1）由此推断，原溶液一定含有的阳离子种类及其浓度，将结果填入下表（可不填满）．

一定含有的阳离子种类
物质的量浓度（mol/L）

（2）无法确定的离子是NO₃^-，如何通过进一步实验确证未确定的离子是否存在？用小试管取少量溶液，加入少量浓硫酸，再向试管中加入铜屑并加热，产生的气体在空气中变成红棕色证明含有硝酸根离子．．

Answer 1

分析 根据无色溶液可知，有颜色的离子不能存在，一定不含Cu²⁺；
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀产生，经洗涤、干燥后，沉淀质量为9.32g，说明溶液中CO₃^2-和SO₄^2-至少有一种；
③第二份逐滴滴加NaOH 溶液，由图可知，开始加入氢氧化钠溶液就有沉淀生成，说明不含有H⁺；沉淀最大时，继续滴加氢氧化钠溶液，沉淀质量不变，则溶液中一定含NH₄⁺；后继续滴加氢氧化钠溶液，沉淀部分溶解，推断一定含有Al³⁺和Mg²⁺；由于Al³⁺和CO₃^2-会发生双水解而不共存，所以溶液中一定不含CO₃^2-，则一定含有SO₄^2-；
根据溶液中的电荷守恒以及离子的检验方法进行解答．

解答 解：根据无色溶液可知，有颜色的离子不能存在，一定不含Cu²⁺；
①第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀产生，经洗涤、干燥后，沉淀质量为9.32g，说明溶液中CO₃^2-和SO₄^2-至少有一种；
③第二份逐滴滴加NaOH 溶液，由图可知，开始加入氢氧化钠溶液就有沉淀生成，说明不含有H⁺；沉淀最大时，继续滴加氢氧化钠溶液，沉淀部分溶解，推断一定含有Al³⁺；图象中有一段平台，说明加入OH^-时无沉淀生成，有NH₄⁺，NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，说明含有铵根离子，最后沉淀不能完全溶液，说明溶液中含Mg²⁺，由于Al³⁺和CO₃^2-会发生双水解而不共存，所以溶液中一定不含CO₃^2-，则一定含有SO₄^2-，则生成的9.32g沉淀为BaSO₄．
第一份加足量BaCl₂溶液后，有白色沉淀产生，此沉淀为BaSO₄，经洗涤、干燥后，沉淀质量为9.32g，则溶液中n（SO₄^2-）=$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol．
（1）当加入40mLNaOH溶液时，剩余的沉淀是Mg（OH）₂，n（Mg（OH）₂）=0.01mol，根据原子守恒知，n（Mg²⁺）=0.01mol，c（Mg²⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，生成0.01molMg（OH）₂需要n（NaOH）是0.02mol，Al（OH）₃和NaOH反应生成NaAlO₂需要NaOH溶液的体积是5mL，则铝离子和NaOH溶液反应生成Al（OH）₃沉淀时需要NaOH溶液的体积是15mL，则生成氢氧化镁需要NaOH溶液的体积是10mL，所以c（NaOH）=$\frac{0.02mol}{0.01L}$=2.00mol/L，氢氧化铝和NaOH溶液反应生成NaAlO₂时，结合原子守恒知，c（Al³⁺）=$\frac{2mol/L×0.005L}{0.1L}$=0.1mol/L，c（NH₄⁺）=$\frac{2mol/L×0.01L}{0.1L}$=0.2mol/L，溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{0.04mol}{0.1L}$=0.4mol/L，
根据溶液中电荷守恒知，3c（Al³⁺）+c（NH₄⁺）+2（Mg²⁺）＜2c（SO₄^2-），所以溶液中还存在K⁺，还可能含有NO₃^-，且根据电荷守恒可知，溶液中的c（K⁺）≥0.1mol/L．
故答案为：

一定含有的离子种类	Mg2+	NH4+	Al3+	K+
物质的量浓度（mol/L）	0.1	0.2	0.1	≥0.1

；
（2）通过分析可知，溶液中一定不含H⁺、Cu²⁺、CO₃^2-，一定含NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、SO₄^2-，可能含NO₃^-，故无法确定的是NO₃^-；NO₃^-在酸性环境下有强氧化性，加入铜粉等还原性物质会发生氧化还原反应，生成无色的NO气体，在空气中会变为红棕色，故答案为：NO₃^-，用小试管取少量溶液，加入少量浓硫酸，再向试管中加入铜屑并加热，产生的气体在空气中变成红棕色证明含有硝酸根离子．

点评 本题考查了离子共存、离子反应的计算等知识点，定性分析离子共存、定量分析离子的物质的量是解本题的关键，题目难度大．