Question

9．Ⅰ．某无色溶液X，由K⁺、NH${\;}_{4}^{+}$、Ba²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$中的若干种离子组成，取该溶液进行如下实验：（如图1）

（1）白色沉淀甲是BaSO₄．
（2）试写出实验过程中生成气体A、B的离子方程式CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑、NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O．
（3）通过上述实验，可确定X溶液中一定存在的离子是NH⁺₄、CO₃^2-、SO₄^2-，要确定可能存在的离子，需补加的实验是K⁺．
Ⅱ．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

阳离子	Na+、K+、Cu2+
阴离子	SO${\;}_{4}^{2-}$、OH-

如图2所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极．

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g．常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如图3．据此回答下列问题：
（1）M为电源的负极（填写“正”或“负”）电极b上发生的电极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（2）计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积5.6L；
（3）写出乙烧杯的电解池反应2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
（4）如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
（5）若经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16g，要使丙恢复到原来的状态，操作是加入4.5g水．

Answer 1

分析 Ⅰ．无色溶液，判断Fe³⁺不存在，加过量盐酸生成气体和溶液，判断溶液中一定含CO₃^2-；则一定不含有Ba²⁺、Al³⁺；气体A为CO₂；溶液I加入过量氢氧化钡反应生成气体B为氨气，白色沉淀甲是硫酸钡；
Ⅱ．测得乙中c电极质量增加了16g，则乙中含有Cu²⁺，结合离子的共存可知，B为CuSO₄，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH，
（1）乙中c电极铜离子得电子，则c为阴极，即M为电源负极，则b为阳极，碱溶液中OH^-放电；
（2）e电极上氢离子放电生成氢气，利用Cu～2e^-～H₂↑来计算；
（3）乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液；
（4）B溶液中的金属离子全部析出，电解质为硫酸，能电解；
（5）丙中电解质为硫酸钠或硫酸钾，实质为电解水．

解答 解：Ⅰ．无色溶液，判断Fe³⁺不存在，加过量盐酸生成气体和溶液，判断溶液中一定含CO₃^2-；则一定不含有Ba²⁺、Al³⁺；气体A为CO₂；溶液I加入过量氢氧化钡反应生成气体B为氨气，一定有铵根离子，白色沉淀甲是硫酸钡，原溶液一定含有硫酸根．
（1）白色沉淀甲是硫酸钡，故答案为：BaSO₄；
（2）碳酸钠溶液与过量稀盐酸混合完全反应生成CO₂，反应的离子方程式为CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑，铵盐能与碱反应生成氨气：NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O，故答案为：CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；NH⁺₄+OH^-=NH₃↑+H₂O；
（3）X溶液中一定存在的离子是NH⁺₄、CO₃^2-、SO^2-₄，一定不存在的离子是Fe³⁺、Ba²⁺、Al³⁺，尚未确定是否存在的离子是K⁺，故答案为：NH⁺₄、CO₃^2-、SO^2-₄；K⁺；
Ⅱ．测得乙中c电极质量增加了16g，则乙中含有Cu²⁺，结合离子的共存可知，B为CuSO₄，丙中pH不变，则C为硫酸钠或硫酸钾，甲中pH增大，则A为KOH或NaOH，
（1）乙中c电极铜离子得电子，则c为阴极，即M为电源负极，则b为阳极，碱溶液中OH^-放电，电极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案为：负；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）e电极上氢离子放电生成氢气，n（Cu）=$\frac{16g}{64g/mol}$=0.25mol，由Cu～2e^-～H₂↑可知生成标况下氢气的体积为0.25mol×22.4L/mol=5.6L，故答案为：5.6L；
（3）乙烧杯中为惰性电极电解硫酸铜溶液，总反应为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（4）B溶液中的金属离子全部析出，电解质为硫酸，电解时溶液中的氢离子、氢氧根离子放电，能继续电解，
故答案为：能；因为CuSO₄溶液已转变为H₂SO₄溶液，反应变为电解水的反应；
（5）丙中电解质为硫酸钠或硫酸钾，实质为电解水，由电子守恒可知H₂O～2e^-～Cu，则要恢复原状，加0.25mol×18g/mol=4.5g水，故答案为：加入4.5g水．

点评 本题考查了离子检验的方法应用、电解原理，明确发生的电极反应、电解反应及图象的分析是解答本题的关键，注意利用乙推出各物质及电源的正负极是解答的突破口，题目难度中等．