Question

【題目】已知無色溶液X可能含有H+、Na+、NH4+、Mg2+、Al3+、CO32-、NO3-、SO42-中的幾種離子，某化學興趣小組通過如下實驗確定了其成分(其中所加試劑均過量，氣體體積已轉化為標準狀況)：

回答下列問題：

(1)實驗Ⅱ可確定無色溶液X中一定不存在的離子有________。

(2)無色氣體A的空間構型為_______；白色沉淀A的成分為_______(寫化學式)。

(3)實驗Ⅲ中的第ii步操作對應發生的反應的離子方程式為________。

(4)該無色溶液X中一定存在的陽離子及其物質的量濃度為________。

Answer 1

【答案】H+、Mg2+、Al3+ 三角錐形 BaCO3、BaSO4 3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O c(NH4+)=0.05mol/L，c(Na+)=0.4mol/L

【解析】

無色溶液X中加入Ba(OH)2溶液加熱產生無色氣體A是NH3，說明含有NH4+，根據氨氣的物質的量可計算出NH4+的物質的量；同時產生白色沉淀A，向該沉淀中加入稀硝酸產生無色氣體B，同時有白色沉淀B，說明沉淀A是BaSO4、BaCO3的混合物，二者的質量和為8.6g，沉淀B是BaSO4，氣體B是CO2，說明原溶液中含SO42-、CO32-，根據沉淀A、B的質量可計算出原溶液中含有的SO42-、CO32-的物質的量；向溶液A中加入鹽酸酸化，并加入FeCl2溶液，產生無色氣體C，該氣體與空氣變為紅棕色，則B是NO，說明III發生了氧化還原反應，A中含有NO3-，根據NO的體積，結合N元素守恒可得NO3-的物質的量，根據離子共存判斷是否含有其它離子，并進行分析解答。

根據上述分析可知：該溶液中一定含有NH4+、SO42-、CO32-、NO3-，由于CO32-與H+、Mg2+、Al3+會發生離子反應而不能大量共存，所以該溶液中一定不含有H+、Mg2+、Al3+離子；

(2)無色氣體A是NH3，該氣體分子呈三角錐形；白色沉淀A是BaSO4、BaCO3的混合物；

(3) 實驗Ⅲ中的第ii步操作是H+、NO3-與Fe2+發生氧化還原反應，根據電子守恒、電荷守恒及原子守恒。可得該反應的離子方程式為3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O；

(4)根據上述分析及題干已知信息，結合元素守恒可知，在原溶液中含有的離子的物質的量分別是：n(NH4+)=n(NH3)=0.224L÷22.4L/mol=0.01mol，n(SO42-)=n(BaSO4)=4.66g÷233g/mol=0.02mol，n(CO32-)=n(BaCO3)=(8.6-4.66)g÷197g/mol=0.02mol，n(NO3-)=n(NO)= 0.224L÷22.4L/mol=0.01mol。陰離子帶有的負電荷總數多于陽離子帶有的正電荷總數，根據溶液呈電中性，說明溶液中還含有陽離子Na+，其物質的量是n(Na+)=2n(SO42-)+2n(CO32-)+n(NO3-)- n(NH4+)=2×0.02mol+2×0.02mol+0.01mol-0.01mol=0.08mol，溶液的體積是200mL，則該無色溶液X中一定存在的陽離子的物質的量濃度c(NH4+)= n(NH4+)÷V=0.01mol÷0.2L=0.05mol/L；c(Na+)= n(Na+)÷V=0.08mol÷0.2L=0.4mol/L。