Question

【題目】某工業廢水中僅含表中的離子中的5種（不考慮水的電離及離子的水解），且各種離子的物質的量濃度相等，均為0.1mol/L。

陽離子	K+ Cu2+ Fe3+ Al3+ Fe2+
陰離子	Cl－ CO32- NO3－ SO42－ SiO32－

甲同學欲探究廢水的組成，進行了如下實驗：

I.用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍色鈷玻璃觀察）。

Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化。

Ⅲ.另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變。

Ⅳ.向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

請推斷：

(1)Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式是____________________。

(2)將Ⅲ中紅棕色氣體（標況下）收集一滿試管然后倒扣入水中（假設溶質不擴散），所得溶液的物質的量濃度為___________mol/L（精確到千分位）。

(3)甲同學最終確定原溶液中所含離子是__________________。

(4)另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體質量為_____________g。

Answer 1

【答案】3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O 0.045 Fe2+、Cu2+ Cl-、NO3-、SO42- 1.6 g

【解析】

I.用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察)，說明沒有K+；

Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明沒有Fe3+；

Ⅲ.另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，說明Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清,說明沒有SiO32-；

Ⅳ.向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，說明有SO42-；根據以上判斷分析。

(1)Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，其離子方程式：3Fe2++NO3﹣+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O；

(2)標準狀況下，將一充滿NO2氣體的試管，倒扣于水中，至液面不再升高時，發生反應3NO2+H2O=2HNO3+NO，最后得到的是硝酸，設試管體積為VL，最終試管中所得溶液的濃度c(HNO3)==0.045mol/L；

(3)由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K+、Fe3+；根據Ⅲ可知溶液中含有Fe2+、Cl-、NO3-；根據IV可知溶液中含SO42-。由以上推斷可知溶液中陰離子為Cl-、NO3-、SO42-，且各為0.1mol/L；已經推斷出的陽離子是Fe2+，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種+2價陽離子，所以還有Cu2+，所以甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是：Fe2+、Cu2+；陰離子是：Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣；

(4)另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+生成Fe(OH)2，又被氧氣氧化為Fe(OH)3，Cu2+生成Cu(OH)2，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為Fe2O3和CuO；根據元素守恒：n(CuO)=n(Cu2+)=c·V=0.1mol/L×0.1L=0.01mol；n(Fe2O3)=n(Fe2+)=0.005mol，所以固體質量為：m(CuO)+m(Fe2O3)=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g。