Question

某化学研究性学习小组对某无色水样的成分进行检验，已知该水样中只可能含有K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、CO、SO、Cl^-中的若干种离子．该小组同学取100mL水样进行实验，向水样中先滴加硝酸钡溶液，再滴加1mol/L的硝酸，实验过程中沉淀质量的变化情况如右图所示：
（1）水样中一定含有的阴离子是______，其物质的量浓度之比为______．
（2）写出BC段所表示反应的离子方程式：______．
（3）由B到C点变化过程中消耗硝酸的体积为______．
（4）试根据实验结果推测K⁺是否存在？______（填“是”或“否”）；若存在，K⁺的物质的量浓度c（K⁺）的范围是______．（若K⁺不存在，则不必回答该问）．
（5）设计简单实验验证原水样中可能存在的离子：______．（写出实验步骤、现象和结论）

Answer 1

解：该水样为无色溶液，水样Fe³⁺、Cu²⁺不存在，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Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；n（SO₄^2-）==0.01mol，n（CO₃^2-）=n（BaCO₃）==0.02mol；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⁺）≥0.6mol/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为1：2；
故答案为：SO₄^2-，CO₃^2-；1：2；
（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B到C点变化过程中依据图象分析软件的碳酸钡n（BaCO₃）==0.02mol；消耗稀硝酸物质的量为0.04mol，消耗硝酸的体积===0.04L=40ml，故答案为：40ml；
（4）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⁺）≥0.6mol/L，故答案为：是；≥0.6mol/L；
（5）可能存在的离子是Cl^-，实验设计为：取少量水样与试管中，向试管中加入过量升温硝酸钡溶液和稀硝酸，待沉淀完全和无气体生成后，向上层清液中滴加适量的硝酸银溶液，若生成白色沉淀，则原水样中 含有Cl-，若无白色沉淀生成，证明无Cl^-存在，
故答案为：取少量水样与试管中，向试管中加入过量升温硝酸钡溶液和稀硝酸，待沉淀完全和无气体生成后，向上层清液中滴加适量的硝酸银溶液，若生成白色沉淀，则原水样中 含有Cl^-，若无白色沉淀生成，证明无Cl-存在．
分析：该水样为无色溶液，水样Fe³⁺、Cu²⁺不存在，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．
点评：本题考查了离子检验的实验方法分析判断，离子检验的试剂选择和现象分析，电解质溶液中电荷守恒的计算应用，仔细审题，综合分析是解题关键，题目难度中等．