Question

由几种离子化合物组成的混合物，含有以下离子中的若干种：K⁺、NH⁺₄、Mg²⁺、
Ba²⁺、Cl^-、SO^2-₄、CO^2-₃，将该混合物溶于水后得澄清溶液．现取3份100mL该溶液分别进行如下实验：

序号	试验内容	试验结果
1	加AgNO3溶液	有白色沉淀生成
2	加足量NaOH溶液并加热	收集到气体1.12L（已折算成标准状况下的体积）
3	加足量BaCl2溶液时，对所得沉淀进行洗涤、干燥、称量；再向沉淀中加足量稀盐酸，然后干燥、称量	第一次称量读数为6.27g 第二次称量读数为2.33g

试回答下列问题：
（1）根据实验1对Cl^-是否存在的判断是______，（填“一定存在”、“一定不存在”或“不能确定”）；根据实验1～3判断混合物中一定不存在的离子是______．
（2）试确定溶液中一定存在的阴离子及其物质的量浓度（可不填满）：

阴离子符合	物质的量浓度（mol?L-1）
______	______
______	______
______	______

（3）试通过计算确定K⁺是否存在，写出计算过程．______．

Answer 1

解：根据题意，Ba²⁺和SO₄^2-，可发生离子反应生成BaSO₄↓，因此两者不能共存．Ba²⁺和CO₃^2-可发生离子反应生成BaCO₃↓，因此两者也不能共存．
第一份加入AgNO₃溶液有沉淀产生，可能发生Cl^-+Ag⁺═AgCl↓、CO₃^2-+2Ag⁺═Ag₂CO₃↓、SO₄^2-+2Ag⁺═Ag₂SO₄↓，所以可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-．
第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.05mol，和NaOH溶液加热产生气体的只能是NH₄⁺，而没有沉淀产生说明一定不存在Mg²⁺．故可确定一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．根据反应NH₄⁺+OH^-═NH₃↑+H₂O，产生NH₃为0.05mol，可得NH₄⁺也为0.05mol；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤．干燥后，沉淀质量为2.33g．部分沉淀溶于盐酸为BaCO₃，部分沉淀不溶于盐酸为BaSO₄，发生反应CO₃^2-+Ba²⁺═BaCO₃↓、SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，因为BaCO₃+2HCl═BaCl₂+CO₂↑+H₂O而使BaCO₃溶解．因此溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在Ba²⁺．
由条件可知BaSO₄为2.33g，物质的量为 =0.01mol，BaCO₃为6.27g-2.33g═3.94g，物质的量为 =0.02mol．
由上述分析可得，溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，而CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物质的量分别为0.02mol、0.01mol、0.04mol；一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺；
CO₃^2-、SO₄^2-所带负电荷为0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所带正电荷为0.05 mol，根据溶液中电荷守恒，可知K⁺一定存在，K⁺物质的量≥0.01 mol，当K⁺物质的量＞0.01 mol时，溶液中还必须含有Cl^-；当K⁺物质的量=0.01 mol时，溶液中不含有Cl^-；
（1）实验1加入AgNO₃溶液有沉淀产生，可能发生Cl^-+Ag⁺═AgCl↓、CO₃^2-+2Ag⁺═Ag₂CO₃↓、SO₄^2-+2Ag⁺═Ag₂SO₄↓，所以可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-，实验1不能确定含有Cl^-，依据上述分析可知Cl^-可能含有；
由上述分析可知，溶液中一定不含有Mg²⁺、Ba²⁺；
故答案为：不能确定；Mg²⁺、Ba²⁺；
（2）依据上述分析可知，溶液中一定存在的阴离子为CO₃^2-、SO₄^2-，
SO₄^2-物质的量为0.01mol，SO₄^2-物质的量浓度==0.1mol/L，
CO₃^2-物质的量为0.02mol，CO₃^2-物质的量浓度为 =0.2mol/L，
故答案为：

阴离子符号	物质的量浓度（mol?L-1）
CO32-	0.2mol?L-1
SO42-	0.1mol?L-1

（3）溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺．而CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物质的量分别为0.02mol、0.01mol、0.04mol．CO₃^2-、SO₄^2-所带负电荷分别为0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所带正电荷为0.05 mol，根据溶液中电荷守恒，可知K⁺一定存在，
故答案为：存在；溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺．而CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物质的量分别为0.02mol、0.01mol、0.04mol；CO₃^2-、SO₄^2-所带负电荷为0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所带正电荷为0.05 mol，根据溶液中电荷守恒，可知K⁺一定存在．
分析：将该混合物溶于水后得澄清溶液，证明相互反应生成沉淀的离子不能共存；
根据题意，Ba²⁺和SO₄^2-，可发生离子反应生成BaSO₄↓，因此两者不能共存．Ba²⁺和CO₃^2-可发生离子反应生成BaCO₃↓，因此两者也不能共存．
第一份加入AgNO₃溶液有沉淀产生，可能发生Cl^-+Ag⁺═AgCl↓、CO₃^2-+2Ag⁺═Ag₂CO₃↓、SO₄^2-+2Ag⁺═Ag₂SO₄↓，所以可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-．
第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.05mol，和NaOH溶液加热产生气体的只能是NH₄⁺，而没有沉淀产生说明一定不存在Mg²⁺．故可确定一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．根据反应NH₄⁺+OH^-═NH₃↑+H₂O，产生NH₃为0.05mol，可得NH₄⁺也为0.05mol；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤．干燥后，沉淀质量为2.33g．部分沉淀溶于盐酸为BaCO₃，部分沉淀不溶于盐酸为BaSO₄，发生反应CO₃^2-+Ba²⁺═BaCO₃↓、SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，因为BaCO₃+2HCl═BaCl₂+CO₂↑+H₂O而使BaCO₃溶解．因此溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-，故一定不存在Ba²⁺，计算n（CO₃^2-）、n（SO₄^2-），根据电荷守恒判断溶液中K⁺是否存在，由K⁺物质的量的变化分析Cl^-的情况，根据c=计算溶液中含有的离子浓度．
点评：本题考查离子的检验，采用定性实验和定量计算分析相结合的模式，增大了解题难度，同时涉及离子共存、离子反应等都是解题需注意的信息，尤其是K⁺的确定易出现失误．题目难度较大．