Question

實驗探究和推理都是科學研究的基本方法，請你對以下實驗進行探究和推理
Ⅰ、有一瓶澄清的溶液，其中可能含有H⁺、NH₄⁺、K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-和I^-．取該溶液進行了以下實驗：
（1）用pH試紙檢驗，表明溶液呈強酸性；
（2）取部分溶液，加入CCl₄及數滴氯水，經振蕩后CCl₄層呈紫紅色；
（3）另取部分溶液，加入稀NaOH 溶液使其變為堿性，溶液中無沉淀生成；
（4）取部分上述堿性溶液，加Na₂CO₃溶液有白色沉淀生成；
（5）將（3）得到的堿性溶液加熱，有氣體放出，該氣體能使潤濕的紅色石蕊試紙變藍；根據上述實驗事實，你可知道該溶液中肯定含有的離子是①

H⁺、NH₄⁺、Ba²⁺、I^-

；肯定不存在的離子是②

Mg²⁺、Fe³⁺、SO₃^2-、CO₃^2-

；還不能確定是否存在的離子是③

K⁺、Na⁺、Cl^-

．
Ⅱ、興趣小組通過實驗探究溶解銅的方法和本質．
（1）在熱水浴中進行3個實驗，部分實驗報告如下表所示．

序號

實驗操作

實驗現象

I

稀硫酸中加入銅片

無明顯變化

II

硝酸鈉溶液中加入銅片

無明顯變化

III

稀硫酸中加入硝酸鈉溶液

無明顯變化

再加入銅片

有無色氣泡；溶液變藍

①實驗I、II的目的是

證明Cu不與H⁺、NO₃^-單獨反應

．
②實驗III中反應的本質是（用離子方程式表示）

3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O

．

Answer 1

分析：I、有一瓶澄清的溶液，其中可能含有H⁺、NH₄⁺、K⁺，Na⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-和I^-．取該溶液進行以下實驗：
（1）用pH試紙檢驗，表明溶液為強酸性，含有H⁺；排除CO₃^2-的存在；
（2）另取部分原溶液，加入CCl₄及數滴氯水，經振蕩后CCl₄層呈紫紅色．說明含有I^-．
（3）另取部分溶液，加入稀NaOH溶液使其變成堿性，溶液中無沉淀生成；證明一定不存在Mg²⁺、Fe³⁺；
（4）取部分上述堿性溶液，加入Na₂CO₃溶液有白色沉淀生成；證明Ba²⁺存在；一定不含SO₄^2-；
（5）將（3）得到的堿性溶液加熱，有氣體放出，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍；說明含有NH₄⁺離子；
II、①實驗Ⅰ是中的銅不與稀硫酸反應，實驗Ⅱ驗證銅和硝酸根離子不能反應；
②稀硫酸中加入硝酸鈉溶液中，形成了稀硝酸，再加入銅片被稀硝酸氧化生成硝酸銅、一氧化氮和水．

解答：解：I、有一瓶澄清的溶液，其中可能含有NH₄⁺、K⁺，Na⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-和I^-．取該溶液進行以下實驗：
（1）用pH試紙檢驗，表明溶液為強酸性；排除CO₃^2-的存在；
（2）碘離子能和氯水反應生成碘單質，碘在四氯化碳中呈紫色，通過實驗現象判斷，溶液中含有I^-；
（3）鎂離子、鐵離子都和氫氧化鈉反應生成沉淀，通過實驗現象判斷，溶液中不存在與氫氧根離子反應生成沉淀的Mg²⁺、Fe³⁺；
（4）鋇離子和碳酸鈉反應生成白色沉淀，通過實驗現象判斷，溶液中有與Na₂CO₃溶液反應生成白色沉淀的Ba²⁺，如果有Ba²⁺離子，溶液中就沒有SO₄^2-；
（5）銨根離子在加熱條件下與氫氧化鈉反應生成能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍色的氨氣，這是銨根離子的特征反應；通過實驗現象判斷，溶液中有NH₄⁺；
通過以上現象不能判斷溶液中是否含有K⁺、Na⁺、Cl^-；一定含有的離子為H⁺、NH₄⁺、Ba²⁺、I^-；一定不含有Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、CO₃^2-；
故答案為：①H⁺、NH₄⁺、Ba²⁺、I^-；②Mg²⁺、Fe³⁺、SO₃^2-、CO₃^2-；③K⁺、Na⁺、Cl^-；
II、①實驗Ⅰ是證明銅不與稀硫酸反應，實驗Ⅱ是驗證銅和硝酸根離子不能反應，
故答案為：證明Cu不與H⁺、NO₃^-單獨反應；
②稀硫酸中加入硝酸鈉溶液中，形成了稀硝酸，再加入銅片被稀硝酸氧化生成硝酸銅、一氧化氮和水，反應的離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；

點評：本題主要考查了根據實驗現象判斷離子共存，硝酸與銅的反應，要掌握根據實驗現象判斷存在的離子，排除與該離子反應的離子，題目難度中等．