Question

15．已知某水样中只可能含有K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-中的若干种离子，该小组同学取100mL水样进行实验：向样品中先滴加1mol•L^-1硝酸钡溶液，再滴加1mol•L^-1硝酸，实验过程中沉淀质量的变化如图所示：

（1）水样中一定含有的阴离子是SO₄^2-、CO₃^2-，其物质的量浓度之和为0.3mol•L^-1．
（2）写出BC段曲线所表示反应的离子方程式：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）由O点到A点变化过程中消耗硝酸钡的体积为0.03 L．
（4）往D点的浊液中继续滴加硝酸银溶液，沉淀质量不再增加，则原水样中阳离子物质的量之和为0.06mol．

Answer 1

分析 依据图象分析加入硝酸钡溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解证明水样中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因为Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺与CO₃^2-发生双水解，CO₃^2-与Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺发生反应生成沉淀不能大量存在，所以Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；依据电解质溶液中电荷守恒分析判断阳离子的存在，原溶液中可能含有Cl^-，依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在．

解答 解：依据图象分析加入硝酸钡溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解证明水样中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因为Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺与CO₃^2-发生双水解，CO₃^2-与Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺发生反应生成沉淀不能大量存在，所以Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，n（CO₃^2-）=n（BaCO₃）=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol，则c（SO₄^2-）：c（CO₃^2-）=1：2；原溶液中可能含有Cl^-，依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在；根据电荷守恒得到：0.01mol×2+0.02mol×2+n（Cl^-）=n（K⁺）推知n（K₊）≥0.06mol，则c（K⁺）≥0.06mol/L，
（1）水样中一定含有的阴离子是SO₄^2-，CO₃^2-；其物质的量浓度之比和=$\frac{0.01mol}{0.1L}$+$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.3 mol•L^-1
故答案为：SO₄^2-、CO₃^2-；0.3 mol•L^-1；
（2）BC段所表示反应是碳酸钡溶于稀硝酸的反应，反应的离子方程式：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）由O点到A点变化过程中是生成碳酸钡和硫酸钡沉淀的过程，结合分析中金属的硫酸根离子和碳酸根离子物质的量计算可知，消耗硝酸钡物质的量=0.01mol+0.02mol=0，03mol，
故答案为：0.03；
（4）依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在，往D点的浊液中继续滴加硝酸银溶液，沉淀质量不再增加，说明原溶液中无氯离子，则原水样中阳离子物质的量之和根据电荷守恒计算得到：0.01mol×2+0.02mol×2=n（K⁺）推知：n（K⁺）=0.06mol，
故答案为：0.06．

点评 本题考查了离子反应及其计算，题目难度中等，明确常见离子的性质及检验方法为解答关键，注意掌握根据电荷守恒在判断离子存在的方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．