Question

4．Ⅰ、亚氯酸钠（NaClO₂）可用以下流程制备．

（1）A的化学式是H₂SO₄，甲中发生反应的化学方程式为Na₂SO₃+2NaClO₃+H₂SO₄=2 ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O．
（2）乙中反应的离子方程式是2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O．
（3）装置丙产生气体b的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑．．
Ⅱ某溶液仅含下列离子中的几种，且所含各种离子的物质的量浓度均为0.1mol/L（忽略水的电离及离子的水解）．
K⁺   Ag⁺   Mg²⁺   Al³⁺   NH₄⁺    Cl^-   CO₃^2-   NO₃^-    SO₄^2-     I^-  
用如下各步实验分析该溶液组成：
①取5mL溶液，滴少量稀氨水，发现溶液中有沉淀生成，且离子种类增加．
②用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察，火焰不显紫色．
③另取溶液加入过量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色．
④向步骤③实验所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成．
请回答下列问题：
（4）由步骤②判断，溶液中一定不含有的阳离子是K⁺；步骤③中生成无色气体的化学式是NO．
（5）最终确定溶液中所含阴离子有Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-．
（6）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，得到的固体化学式为MgO．

Answer 1

分析 I．由流程图可知，丙是离子隔膜电解池，电解硫酸钠溶液本质是电解水，气体a与溶液A在同一电极得到，NaOH与气体b在另外电极得到，故A为硫酸，a为氧气，b为氢气，甲中NaClO₃、Na₂SO₃、硫酸反应生成C1O₂、Na₂SO₄溶液，反应离子方程式为：2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气；
Ⅱ．①取5mL溶液，滴加少量氨水，有沉淀生成，Ag⁺、Mg²⁺、Al³⁺ 离子至少含有一种，则CO₃^2-一定不存在，该反应有NH₄⁺生成，由于离子种类增加，说明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺；
②用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钻玻璃观察，无紫色火焰，说明溶液中不含K⁺；
③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I^-与NO₃^-、H⁺反应生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，则判断一定不含有Ag⁺；
④向③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I^-、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Mg²⁺、Al³⁺，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种-1价的阴离子为Cl^-．

解答 解：I．由流程图可知，丙是离子隔膜电解池，电解硫酸钠溶液本质是电解水，气体a与溶液A在同一电极得到，NaOH与气体b在另外电极得到，故A为硫酸，a为氧气，b为氢气，甲中NaClO₃、Na₂SO₃、硫酸反应生成C1O₂、Na₂SO₄溶液，反应离子方程式为：2H⁺+SO₃^2-+2ClO₃^-=2C1O₂+SO₄^2-+H₂O，C1O₂与过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂和氧气．
（1）由以上分析可知，A为H₂SO₄，甲中反应的化学方程式为：Na₂SO₃+2NaClO₃+H₂SO₄=2 ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O，
故答案为：H₂SO₄； Na₂SO₃+2NaClO₃+H₂SO₄=2 ClO₂↑+2Na₂SO₄+H₂O；
（2）根据流程信息可知，生成NaClO₂，所以一定有ClO₂→NaClO₂，化合价降低，被还原，则H₂O₂必定被氧化，有氧气产生，反应的离子方程式为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O，
故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2OH^-═2ClO₂^-+O₂↑+2H₂O；
（3）b为氢气，在电解池的阴极生成，电极方程式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
Ⅱ．①取5mL溶液，滴加少量氨水，有沉淀生成，Ag⁺、Mg²⁺、Al³⁺ 离子至少含有一种，则CO₃^2-一定不存在，该反应有NH₄⁺生成，由于离子种类增加，说明增加的是NH₄⁺，所以原溶液中一定不含NH₄⁺；
②用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钻玻璃观察，无紫色火焰，说明溶液中不含K⁺；
③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I^-与NO₃^-、H⁺反应生成NO，即溶液中有I^-、NO₃^-，则判断一定不含有Ag⁺；
④向③中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成，说明有SO₄^2-．
（4）步骤②用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钻玻璃观察，无紫色火焰，说明没有K⁺；③中加入少量盐酸生成无色气体，是I^-与NO₃^-和H⁺反应生成NO，其离子方程式为：6I^-+2NO₃^-+8H⁺═3I₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：K⁺；NO；
（5）由上述分析可知一定含有的阴离子I^-、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Mg²⁺、Al³⁺，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种-1价的阴离子为Cl^-，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是：Mg²⁺、Al³⁺，阴离子是：Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-，
故答案为：Cl^-、I^-、NO₃^-、SO₄^2-；
（6）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Mg²⁺、Al³⁺ 反应生成Mg（OH）₂，NaAlO₂，涉及的离子方程式为：Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓、Al³⁺+4OH^-═AlO₂^-+2H₂O，充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，沉淀为氢氧化镁，最终得到的固体为MgO，
故答案为：MgO．

点评 本题属于拼合型题目，涉及物质制备实验方案、离子共存与推断等，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．