Question

9．某工业废水中仅含下表离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1mol/L．

阳离子	K+ Cu2+   Fe3+   Al3+   Fe2+
阴离子	Cl-CO32-  NO3-  SO42-  SiO32-

甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：
Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察）．
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化．
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变．
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
请推断：
（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、Fe³⁺（写离子符号）．
（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式是3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）将Ⅲ中所得红棕色气体通入水中，气体变无色，所发生的化学方程式为3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO
（4）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是Fe²⁺、Cu²⁺；，阴离子是Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-．（写离子符号）
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体质量为1.6 g．

Answer 1

分析 Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，无紫色火焰，说明溶液中不含K⁺；
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明溶液不含Fe³⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，说明有还原性离子Fe²⁺与NO₃^-、H⁺反应生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，则判断一定不含有CO₃^2-、SiO₃^2-，原溶液中还有的含有Cl^-；
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-；
由上述分析可知，一定含有的阴离子Cl^-、NO₃^-，SO₄^2-，且各为0.1mol/L，依据电荷守恒可知，推断出的阳离子含有Cu²⁺．

解答 解：Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，无紫色火焰，说明溶液中不含K⁺；
Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明溶液不含Fe³⁺；
Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，说明有还原性离子Fe²⁺与NO₃^-、H⁺反应生成NO，即溶液中有Fe²⁺、NO₃^-，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，则判断一定不含有CO₃^2-、SiO₃^2-，原溶液中还有的含有Cl^-；
Ⅳ． 向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-；
由上述分析可知，一定含有的阴离子Cl^-、NO₃^-，SO₄^2-，且各为0.1mol/L，依据电荷守恒可知，推断出的阳离子含有Cu²⁺．
（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺、Fe³⁺，故答案为：K⁺、Fe³⁺；
（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体，是Fe²⁺与NO₃^-和H⁺反应生成NO，其离子方程式：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
故答案为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）将Ⅲ中所得红棕色气体为二氧化氮，通入水中，与水反应生成NO，气体变无色，所发生的化学方程式为3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO，
故答案为：3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；
（4）由上述分析可知，最终确定原溶液中所含阳离子是：Fe²⁺、Cu²⁺；阴离子是：Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
故答案为：Fe²⁺、Cu²⁺；Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-；
（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe²⁺、Cu²⁺、Al³⁺ 反应生成Fe（OH）₂、Cu（OH）₂、NaAlO₂，氢氧化亚铁不稳定易被氧化为氢氧化铁，充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，最终得到的固体为Fe₂O₃、CuO，由元素守恒可知n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{2}$n（Fe²⁺）=0.1L×0.1mol/L×$\frac{1}{2}$=0.005mol，n（CuO）=n（Cu²⁺）=0.1L×0.1mol/L=0.01mol，故最终获得固体质量为0.005mol×160g/mol+0.01mol×80g/mol=1.6g，
故答案为：1.6．

点评 本题考查离子共存与推断等，是对学生综合能力的考查，关键是明确常见离子检验与离子间发生的反应，题目难度中等．