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3.今有一混合物的水溶液,只可能含有以下离子中的若干种:K+、Al3+、Fe3+、Mg2+、Ba2+、NH4+、Cl-、CO32-、SO42-,现取三份100mL溶液进行如下实验:
提示:(Al3+和CO32-在溶液中因能发生反应而不能大量共存)
(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生
(2)第二份逐滴加入NaOH溶液至过量后加热,收集到气体0.02mol,同时得到溶液甲
(3)在甲溶液中通入过量CO2,生成白色沉淀,沉淀经过滤、洗涤、灼烧,质量为1.02g
(4)第三份加足量BaCl2溶液后,得白色沉淀,沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后,质量为11.65g.根据上述实验回答:
(1)肯定存在的离子是K+、NH4+、Al3+、SO42-
(2)肯定不存在的离子是Fe3+、Mg2+、CO32-、Ba2+
(3)可能存在的离子是Cl-
(4)依次写出实验(2)中滴加NaOH溶液的过程中所发生反应的离子方程式Al3++3OH-=Al(OH)3↓、NH4++OH-=NH3•H2O、Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
(5)确定溶液中的阳离子的物质的量浓度:c(Al3+)=0.2mol.l-1、c(NH4+)=0.2mol.l-1、c(K+)≥0.2mol.l-1

分析 (1)第一份加入几滴AgNO3溶液后有沉淀产生,溶液中可能含有Cl-、CO32-、SO42-
(2)第二份加过量NaOH溶液加热后,只收集到气体0.02mol,无沉淀生成,该气体是氨气,一定有铵根离子,铵根离子的物质的量是0.02mol,无沉淀生成,一定不含Fe3+、Mg2+
(3)在甲溶液中通入过量CO2,生成白色沉淀,沉淀经过滤、洗涤、灼烧,质量为1.02g,说明原溶液中一定存在Al3+,结合离子共存可知一定不存在CO32-;1.02g为氧化铝的质量,其物质的量为:$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol,说明每份溶液中含有0.02molAl3+
(4)第三份加足量BaCl2溶液后,得白色沉淀,该白色沉淀为硫酸钡,说明原溶液中一定存在SO42-,则一定不存在钡离子;沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后,质量为11.65g,则硫酸钡的物质的量为:$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol,说明每份溶液中含有0.05molSO42-
0.02molAl3+所带正电荷为0.06mol、0.02mol铵根离子带有0.02mol正电荷,而0.05molSO42-所带负电荷为0.1mol,根据电荷守恒可知,说明溶液中一定还含有阳离子K+,据此对各选项进行判断.

解答 解:第一份加入几滴AgNO3溶液后有沉淀产生,溶液中可能含有Cl-、CO32-、SO42-
第二份加过量NaOH溶液加热后,只收集到气体0.02mol,无沉淀生成,该气体是氨气,一定有铵根离子,铵根离子的物质的量是0.02mol,无沉淀生成,一定不含Fe3+、Mg2+;在甲溶液中通入过量CO2,生成白色沉淀,沉淀经过滤、洗涤、灼烧,质量为1.02g,说明原溶液中一定存在Al3+,结合离子共存可知一定不存在CO32-;1.02g为氧化铝的质量,其物质的量为:$\frac{1.02g}{102g/mol}$=0.01mol,说明每份溶液中含有0.02molAl3+
第三份加足量BaCl2溶液后,得白色沉淀,该白色沉淀为硫酸钡,说明原溶液中一定存在SO42-,则一定不存在钡离子;沉淀经足量盐酸洗涤、干燥后,质量为11.65g,则硫酸钡的物质的量为:$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol,说明每份溶液中含有0.05molSO42-
0.02molAl3+所带正电荷为0.06mol、0.02mol铵根离子带有0.02mol正电荷,而0.05molSO42-所带负电荷为0.1mol,根据电荷守恒可知,说明溶液中一定还含有阳离子K+
(1)根据分析可知,一定存在的离子为:K+、NH4+、Al3+、SO42-
故答案为:K+、NH4+、Al3+、SO42-
(2)一定不存在的离子为:Fe3+、Mg2+、CO32-、Ba2+
故答案为:Fe3+、Mg2+、CO32-、Ba2+
(3)根据分析可知,无法确定是否存在Cl-,所以溶液中可能存在Cl-
故答案为:Cl-
(4)实验(2)中滴加NaOH溶液的过程中,铝离子优先与氢氧根离子反应生成氢氧化铝沉淀,然后铵根离子与氢氧根离子结合生成一水合氨,最后氢氧化铝溶解,按照反应先后顺序所发生反应的离子方程式为:Al3++3OH-=Al(OH)3↓、NH4++OH-=NH3•H2O、Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
故答案为:Al3++3OH-=Al(OH)3↓、NH4++OH-=NH3•H2O、Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
(5)溶液中正电荷的总物质的量为:n(NH4+)+3n(Al3+)=0.02mol+3×0.02mol=0.08mol,
负电荷的总物质的量为:2n(SO42-)=0.1mol,根据电荷守恒,溶液中一定存在钾离子,由于可能存在氯离子,则钾离子的物质的量至少为:0.1mol-0.08mol=0.02mol,其浓度c(K+)≥$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L;
铝离子的浓度为:c(Al3+)=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L、铵根离子的浓度为:c(NH4+)=$\frac{0.02mol}{0.1L}$=0.2mol/L,
故答案为:c(Al3+)=0.2mol.l-1、c(NH4+)=0.2mol.l-1、c(K+)≥0.2mol.l-1

点评 本题考查常见离子的检验,题目难度中等,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.

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