Question

【題目】某工業廢水中僅含下表離子中的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）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是（寫離子符號）．
（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式是 ．
（3）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）
（4）甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是 ， 陰離子是 ． （寫離子符號）（5）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】
（1）K+、Fe3+
（2）3Fe2++NO3﹣+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O
（3）0.045
（4）Fe2+、Cu2+；Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣；1.6
【解析】解：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加鹽酸說明沒有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﹣；（1）由Ⅰ、Ⅱ判斷，溶液中一定不含有的陽離子是K+、Fe3+ ，
所以答案是：K+、Fe3+；（2）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；
所以答案是：3Fe2++NO3﹣+4H+═3Fe3++NO+2H2O；（3）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，再充入氧氣可以使液面繼續上升至充滿試管，最后得到的硝酸，設試管體積為VL，最終試管中所得溶液的濃度為 =0.045mol/L，
所以答案是：0.045；（4）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﹣；
所以答案是：Fe2+、Cu2+；Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣；（5）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+）=cV=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，
所以答案是：1.6g．