Question

由幾種離子化合物組成的混合物，含有以下離子中的若干種：K⁺、NH⁺₄、Mg²⁺、
Ba²⁺、Cl^-、SO^2-₄、CO^2-₃，將該混合物溶于水后得澄清溶液．現(xiàn)取3份100mL該溶液分別進行如下實驗：

序號	試驗內容	試驗結果
1	加AgNO3溶液	有白色沉淀生成
2	加足量NaOH溶液并加熱	收集到氣體1.12L（已折算成標準狀況下的體積）
3	加足量BaCl2溶液時，對所得沉淀進行洗滌、干燥、稱量；再向沉淀中加足量稀鹽酸，然后干燥、稱量	第一次稱量讀數(shù)為6.27g 第二次稱量讀數(shù)為2.33g

試回答下列問題：
（1）根據(jù)實驗1對Cl^-是否存在的判斷是

 

，（填“一定存在”、“一定不存在”或“不能確定”）；根據(jù)實驗1～3判斷混合物中一定不存在的離子是

 

．
（2）試確定溶液中一定存在的陰離子及其物質的量濃度（可不填滿）：

陰離子符合	物質的量濃度（mol?L-1）

（3）試通過計算確定K⁺是否存在，寫出計算過程．

 

．

Answer 1

考點：常見離子的檢驗方法

專題：實驗設計題

分析：將該混合物溶于水后得澄清溶液，證明相互反應生成沉淀的離子不能共存；
根據(jù)題意，Ba²⁺和SO₄^2-，可發(fā)生離子反應生成BaSO₄↓，因此兩者不能共存．Ba²⁺和CO₃^2-可發(fā)生離子反應生成BaCO₃↓，因此兩者也不能共存．
第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生，可能發(fā)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溶液加熱后，收集到氣體0.05mol，和NaOH溶液加熱產(chǎn)生氣體的只能是NH₄⁺，而沒有沉淀產(chǎn)生說明一定不存在Mg²⁺．故可確定一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．根據(jù)反應NH₄⁺+OH^-═NH₃↑+H₂O，產(chǎn)生NH₃為0.05mol，可得NH₄⁺也為0.05mol；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經(jīng)足量鹽酸洗滌．干燥后，沉淀質量為2.33g．部分沉淀溶于鹽酸為BaCO₃，部分沉淀不溶于鹽酸為BaSO₄，發(fā)生反應CO₃^2-+Ba²⁺═BaCO₃↓、SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，因為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⁺，計算n（CO₃^2-）、n（SO₄^2-），根據(jù)電荷守恒判斷溶液中K⁺是否存在，由K⁺物質的量的變化分析Cl^-的情況，根據(jù)c=

n

V

計算溶液中含有的離子濃度．

解答： 解：根據(jù)題意，Ba²⁺和SO₄^2-，可發(fā)生離子反應生成BaSO₄↓，因此兩者不能共存．Ba²⁺和CO₃^2-可發(fā)生離子反應生成BaCO₃↓，因此兩者也不能共存．
第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生，可能發(fā)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溶液加熱后，收集到氣體0.05mol，和NaOH溶液加熱產(chǎn)生氣體的只能是NH₄⁺，而沒有沉淀產(chǎn)生說明一定不存在Mg²⁺．故可確定一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．根據(jù)反應NH₄⁺+OH^-═NH₃↑+H₂O，產(chǎn)生NH₃為0.05mol，可得NH₄⁺也為0.05mol；
第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經(jīng)足量鹽酸洗滌．干燥后，沉淀質量為2.33g．部分沉淀溶于鹽酸為BaCO₃，部分沉淀不溶于鹽酸為BaSO₄，發(fā)生反應CO₃^2-+Ba²⁺═BaCO₃↓、SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，因為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⁺．
由條件可知BaSO₄為2.33g，物質的量為

2.33g

233g/mol

=0.01mol，BaCO₃為6.27g-2.33g═3.94g，物質的量為

3.94g

197g/mol

=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⁺物質的量分別為0.02mol、0.01mol、0.04mol；一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺；
CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷為0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.05 mol，根據(jù)溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在，K⁺物質的量≥0.01 mol，當K⁺物質的量＞0.01 mol時，溶液中還必須含有Cl^-；當K⁺物質的量=0.01 mol時，溶液中不含有Cl^-；
（1）實驗1加入AgNO₃溶液有沉淀產(chǎn)生，可能發(fā)生Cl^-+Ag⁺═AgCl↓、CO₃^2-+2Ag⁺═Ag₂CO₃↓、SO₄^2-+2Ag⁺═Ag₂SO₄↓，所以可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-，實驗1不能確定含有Cl^-，依據(jù)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⁺；
故答案為：不能確定；Mg²⁺、Ba²⁺；
（2）依據(jù)上述分析可知，溶液中一定存在的陰離子為CO₃^2-、SO₄^2-，
SO₄^2-物質的量為0.01mol，SO₄^2-物質的量濃度=

0.01mol

0.1L

=0.1mol/L，
CO₃^2-物質的量為0.02mol，CO₃^2-物質的量濃度為

0.02mol

0.1L

=0.2mol/L，
故答案為：

陰離子符號	物質的量濃度（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⁺物質的量分別為0.02mol、0.01mol、0.04mol．CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷分別為0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.05 mol，根據(jù)溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在，
故答案為：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⁺物質的量分別為0.02mol、0.01mol、0.04mol；CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷為0.02mol×2+0.01mol×2=0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.05 mol，根據(jù)溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在．

點評：本題考查離子的檢驗，采用定性實驗和定量計算分析相結合的模式，增大了解題難度，同時涉及離子共存、離子反應等都是解題需注意的信息，尤其是K⁺的確定易出現(xiàn)失誤．題目難度較大．