Question

15．某水溶液只可能含有K⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NH₄⁺、Cl^-、SO₄^2-中的若干種離子．某同學取100mL的溶液分成兩等份進行如下實驗：
①第一份加過量的氫氧化鈉溶液后加熱，收集到0.02mol的氣體，無沉淀產生，同時得到溶液甲．
②向溶液甲中通過量的二氧化碳氣體，生成白色沉淀，沉淀經過濾，洗滌灼燒后，得到1.02g固體．
③第二份加足量的氯化鋇溶液后，生成白色沉淀，沉淀經鹽酸充分洗滌，干燥，得到11.65g固體．
據此，該同學得到的結論正確的是（　　）

• A． 實驗①中產生的氣體為氨氣，并可得原溶液中c（NH₄⁺）=0.1 mol•L^-1
• B． 實驗③中的沉淀中一定有BaSO₄，可能有Mg（OH）₂
• C． 若要判斷原溶液中是否有Cl^-，無需另外設計實驗驗證
• D． 原溶液中一定有K⁺，且c（K⁺）≥0.4 mol•L^-1

Answer 1

分析 ①第一份加過量NaOH溶液后加熱，收集到0.02mol氣體，即為氨氣，一定含有NH₄⁺，物質的量為0.02mol，濃度為：$\frac{0.02mol}{0.05L}$=0.4mol/L，無沉淀生成，則一定不含有Fe³⁺、Mg²⁺；
②向甲溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，即為氫氧化鋁，則原溶液中一定有Al³⁺，一定不含有碳酸根離子，鋁離子和過量的氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉溶液，溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，即為氫氧化鋁，氫氧化鋁沉淀經過濾、洗滌、灼燒后，得到1.02g固體即為氧化鋁，根據鋁元素守恒，得到鋁離子的物質的量是$\frac{1.02g}{102g/mol}$×2=0.02mol，濃度為：$\frac{0.02mol}{0.05L}$=0.4mol/L；
③第二份加足量BaCl₂溶液后，生成白色沉淀，則一定含有硫酸根離子，無鋇離子．沉淀經足量鹽酸洗滌、干燥后，得到11.65g固體即硫酸鋇的質量是11.65g，物質的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，根據元素守恒，所以硫酸根離子的物質的量是0.05mol，濃度為：$\frac{0.05mol}{0.05L}$=1mol/L，
綜上可知，一定含有的離子是：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其濃度分別是：0.4mol/L；0.4mol/L；1mol/L，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、SO₄²，不能確定是否存在氯離子．以此解答該題．

解答 解：①第一份加過量NaOH溶液后加熱，收集到0.02mol氣體，即為氨氣，一定含有NH₄⁺，物質的量為0.02mol，濃度為：$\frac{0.02mol}{0.05L}$=0.4mol/L，無沉淀生成，則一定不含有Fe³⁺、Mg²⁺；
②向甲溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，即為氫氧化鋁，則原溶液中一定有Al³⁺，一定不含有碳酸根離子，鋁離子和過量的氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉溶液，溶液中通入過量CO₂，生成白色沉淀，即為氫氧化鋁，氫氧化鋁沉淀經過濾、洗滌、灼燒后，得到1.02g固體即為氧化鋁，根據鋁元素守恒，得到鋁離子的物質的量是$\frac{1.02g}{102g/mol}$×2=0.02mol，濃度為：$\frac{0.02mol}{0.05L}$=0.4mol/L；
③第二份加足量BaCl₂溶液后，生成白色沉淀，則一定含有硫酸根離子，無鋇離子．沉淀經足量鹽酸洗滌、干燥后，得到11.65g固體即硫酸鋇的質量是11.65g，物質的量為：$\frac{11.65g}{233g/mol}$=0.05mol，根據元素守恒，所以硫酸根離子的物質的量是0.05mol，濃度為：$\frac{0.05mol}{0.05L}$=1mol/L，
綜上可知，一定含有的離子是：NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其濃度分別是：0.4mol/L；0.4mol/L；1mol/L，一定不含Fe³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、SO₄²，不能確定是否存在氯離子．
A．根據以上分析可知，c （NH₄⁺）=0.4 mol•L^-1，故A錯誤；
B．根據以上分析可知，③中的白色沉淀中一定有BaSO₄，因溶液不存在鎂離子，則沒有生成氫氧化鎂，故B錯誤；
C．由以上分析可知，不能確定存在氯離子，故C錯誤；
D．任何溶液中都存在電荷守恒，NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，其濃度分別是：0.4mol/L；0.4mol/L；1mol/L，可以知道NH₄⁺、Al³⁺的正電荷總量小于SO₄^2-負電荷總量，依據電荷守恒，則一定有K⁺存在，若無氯離子存在，則0.4×1+0.4×3+c（K⁺）×1=1×2，解得c（K⁺）=0.4mol/L，故D正確．
故選D．

點評 本題考查離子的檢驗，為高頻考點，側重于學生的分析、計算能力的考查，題目采用定性實驗和定量計算分析相結合的模式，增大了解題難度，同時涉及離子共存、離子反應等都是解題需注意的信息，尤其是K⁺的確定易出現失誤．