Question

【題目】Ⅰ.下列是某研究性學習小組對某無色水樣成分的檢測過程，已知該水樣中只可能含有K+ 、Mg2+、Fe3+、Cu2+、Al3+、Ag+、Ca2+、CO32-、SO42-、Cl-中的若干種離子，該小組同學取了100ml水樣進行實驗：向水樣中先滴加硝酸鋇溶液，再滴加1mol·L-1硝酸，實驗過程中沉淀質量與所加試劑量的關系變化如下圖所示：

(1)僅憑觀察可知該水樣中一定不含有的陽離子是________。

(2)由B點到C點變化過程中消耗硝酸的體積為__________ml。

(3)試根據實驗結果推測K+是否存在_______(填“是”或“否”)若存在，其物質的量濃度的范圍是______mol·L-1(若不存在，則不必回答)。

(4)設計簡單實驗驗證原水樣中可能存在的離子__________________________________(寫出實驗步驟、現象和結論)。

II.濕法制備高鐵酸鉀(K2FeO4)的反應體系中有六種粒子：Fe(OH)3、ClO－、OH－、FeO42-、Cl－、H2O。

(1)寫出并配平濕法制高鐵酸鉀反應的離子方程式：_________________________。

(2)若反應過程中轉移了0.3 mol電子，則還原產物的物質的量為________ mol。

(3)低溫下，在高鐵酸鈉溶液中加入KOH至飽和可析出高鐵酸鉀(K2FeO4)，原因_______________________________________________________________________。

(4)已知K2FeO4能水解產生Fe(OH)3用作凈水劑，請寫出水解的離子方程式___________

Answer 1

【答案】Fe3+、Cu2+ 40 是 ≥0.6 取少量水樣于試管中，加入過量的硝酸鋇溶液，待沉淀完全后，向上層清液中滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，（或過濾，取濾液加硝酸酸化的硝酸銀溶液）若產生白色沉淀，則原水樣中含Cl-，反之無Cl- 2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O 0.15 該溫度下K2FeO4比Na2FeO4的溶解度小 4FeO42-+10H2O4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑

【解析】

水樣為無色，說明溶液中不含Fe3+、Cu2+，向水樣中先滴加硝酸鋇溶液，產生沉淀，再滴加1mol·L-1硝酸，沉淀部分溶解，說明溶液中含有碳酸根離子和硫酸根離子，則溶液中沒有Mg2+、Al3+、Ag+、Ca2+，硫酸鋇沉淀為2.33克，即0.01mol硫酸鋇，硫酸根離子為0.01mol，含有碳酸鋇沉淀的質量為6.27-2.33=3.94克，則碳酸鋇的物質的量為3.94/197=0.02mol，碳酸根離子為0.02mol，根據溶液中必須有陰陽離子分析，K+ 一定存在，不能確定 Cl-。

（1）僅憑觀察，水樣為無色，所以可知該水樣中一定不含有的陽離子是Fe3+、Cu2+。（2）由B點到C點變化為溶解0.02mol碳酸鋇，過程中消耗硝酸的物質的量為0.04mol，硝酸的體積為0.04/1=0.04Ｌ＝40ml。（3）根據以上分析可知K+一定存在，根據電荷守恒分析，假設溶液中沒有氯離子，則假設鉀離子物質的量為xmol，則有x=0.02×2+0.01×2=0.06mol,其物質的量濃度為0.06/0.1=0.6 mol·L-1，溶液中可能有氯離子，所以鉀離子物質的量濃度的范圍是≥0.6 mol·L-1； (4).原溶液中可能有氯離子，要檢驗氯離子需要利用氯離子和銀離子反應生成氯化銀，但是存在硫酸根離子和碳酸根離子，有干擾，所以先除去兩種離子，實驗步驟為：取少量水樣于試管中，加入過量的硝酸鋇溶液，待沉淀完全后，向上層清液中滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，（或過濾，取濾液加硝酸酸化的硝酸銀溶液）若產生白色沉淀，則原水樣中含Cl-，反之無Cl- 。II. (1)根據元素化合價分析，鐵元素化合價升高，則次氯酸根離子做為氧化劑，再根據電荷守恒和質量守恒配平離子方程式為：2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－=2FeO42-＋3Cl－＋5H2O。 (2)根據前面的離子方程式可知，反應中轉移6個電子時生成3個Cl-，所以當轉移0.3mol電子時，還原產物即氯離子物質的量為0.15mol。(3) 低溫下高鐵酸鈉溶液中加入氫氧化鉀至飽和析出高鐵酸鉀，說明在該溫度下K2FeO4比Na2FeO4的溶解度小。 (4)鐵元素化合價降低后生成鐵離子，水中的氧元素化合價升高生成氧氣，鐵離子水解生成氫氧化鐵，離子方程式為：4FeO42-+10H2O4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑。