Question

9．在Na⁺的物質的量濃度為0.5mol•L^-1的某澄清溶液中，還可能含有如下離子：K⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-．取100mL該溶液進行如下實驗（氣體體積在標準狀況下測定）：
I．向該溶液中加入足量稀鹽酸，在標準狀況下放出0.56L氣體（不考慮氣體溶解）；
II．向I中所得的濾液中滴加足量BaCl₂溶液產生白色沉淀2.33g；
下列說法正確的是（　　）

• A． 一定不存在的離子是Mg²⁺、Ba²⁺，不能確定是否含有K⁺、NO₃^-
• B． 一定存在的離子是CO₃^2-、SO₄^2-，CO₃^2-的物質的量濃度為0.25mol•L^-1，SO₄^2-的物質的量濃度為0.1mol•L^-1
• C． 一定存在的離子是CO₃^2-、SO₄^2-、K⁺，其中K⁺濃度≥0.2mol•L^-1
• D． 一定存在的離子是CO₃^2-、SO₄^2-、K⁺，其中K⁺濃度為0.2mol•L^-1

Answer 1

分析 I．向該溶液中加入足量稀鹽酸，在標準狀況下放出0.56L氣體（不考慮氣體溶解），說明一定含CO₃^2-，則一定不含Mg²⁺、Ba²⁺，生成的氣體為二氧化碳氣體，物質的量n（CO₂）=n（CO₃^2-）=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol；
II．向I中所得的濾液中滴加足量BaCl₂溶液產生白色沉淀2.33g，說明溶液中一定含SO₄^2-，白色沉淀為硫酸鋇，物質的量n（BaSO₄）=n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol；
溶液中一定存在的離子為CO₃^2-、SO₄^2-、Na⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺，K⁺、NO₃^-可以根據溶液中電荷守恒計算分析，溶液中c（Na⁺）=0.5mol/L，c（CO₃^2-）=$\frac{0.025mol}{0.1L}$=0.25mol/L，c（SO₄^2-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，陰離子所帶負電荷多，則判斷溶液中一定含K⁺，若硝酸根離子不存在，溶液中電荷守恒為，c（Na⁺）+c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-），c（K⁺）=0.2mol/L，若存在硝酸根離子，則c（K⁺）＞0.2mol/L，據此分析選項判斷．

解答 解：I．向該溶液中加入足量稀鹽酸，在標準狀況下放出0.56L氣體（不考慮氣體溶解），說明一定含CO₃^2-，則一定不含Mg²⁺、Ba²⁺，生成的氣體為二氧化碳氣體，物質的量n（CO₂）=n（CO₃^2-）=$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol；
II．向I中所得的濾液中滴加足量BaCl₂溶液產生白色沉淀2.33g，說明溶液中一定含SO₄^2-，白色沉淀為硫酸鋇，物質的量n（BaSO₄）=n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol；
溶液中一定存在的離子為CO₃^2-、SO₄^2-、Na⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺，K⁺、NO₃^-可以根據溶液中電荷守恒計算分析，溶液中c（Na⁺）=0.5mol/L，c（CO₃^2-）=$\frac{0.025mol}{0.1L}$=0.25mol/L，c（SO₄^2-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，陰離子所帶負電荷多，則判斷溶液中一定含K⁺，若硝酸根離子不存在，溶液中電荷守恒為，c（Na⁺）+c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-），c（K⁺）=0.2mol/L，若存在硝酸根離子，則c（K⁺）＞0.2mol/L，
A．分析可知，K⁺一定存在，故A錯誤；
B．一定存在的離子是CO₃^2-、SO₄^2-、K⁺，故B錯誤；
C．上述分析可知一定存在的離子是CO₃^2-、SO₄^2-、K⁺，其中K⁺濃度≥0.2mol•L^-1，故C正確；
D．若硝酸根離子不存在，溶液中電荷守恒為，c（Na⁺）+c（K⁺）=2c（CO₃^2-）+2c（SO₄^2-），c（K⁺）=0.2mol/L，若存在硝酸根離子，則c（K⁺）＞0.2mol/L，故D錯誤；
故選C．

點評 本題考查離子性質、反應現象和離子反應后的定量關系，難度中等，注意掌握離子反應，根據電荷守恒判斷K⁺是否存在，是本題的難點、易錯點，難度中等．