Question

1．在Na⁺濃度為0.5mol•L^-1的某澄清溶液中，還可能含有下表中的若干種離子．（已知H₂SiO₃為不溶于水的膠狀沉淀，加熱時易分解為固體SiO₂和H₂O）

陽離子	K+	Ag+	Ca2+	Ba2+
陰離子	NO${\;}_{3}^{-}$	CO${\;}_{3}^{2-}$	SiO${\;}_{3}^{2-}$	SO${\;}_{4}^{2-}$

現取該溶液100mL進行如下實驗（氣體體積均在標準狀況下測定）．

序號	實驗內容	實驗結果
Ⅰ	向該溶液中加入足量稀鹽酸	產生白色膠狀沉淀并放出標準狀況下0.56L氣體
Ⅱ	將Ⅰ的反應混合液過濾，對沉淀洗滌、灼燒至恒重，稱量所得固體質量	固體質量為2.4g
Ⅲ	向Ⅱ的濾液中滴加BaCl2溶液	無明顯現象

請回答下列問題．
（1）實驗Ⅰ能確定一定不存在的離子是Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；
（2）實驗Ⅰ中生成氣體的離子方程式為CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；
（3）通過實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，寫出SiO${\;}_{3}^{2-}$物質的量濃度的計算過程．
（4）判斷K⁺是否存在，若存在求其最小濃度，若不存在說明理由．

Answer 1

分析 由題意“溶液為澄清溶液”可知：溶液中含有的離子一定能夠大量共存；由實驗Ⅰ可知，該溶液中一定含有CO₃^2-，其濃度為$\frac{\frac{0.56L}{22.4L/mol}}{0.1L}$=0.25mol/L，則一定沒有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；由生成白色沉淀判斷溶液中一定含有SiO₃^2-，發生反應SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加熱分解生成二氧化硅，固體質量為2.4g為二氧化硅的質量，根據硅原子守恒，SiO₃^2-的濃度為：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L；由實驗Ⅲ可知溶液中不含SO₄^2-，根據電荷守恒2c（CO₃^2-）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其濃度至少為0.8mol/L，不能確定NO₃^-是否存在，據此進行解答．

解答 解：由題意“溶液為澄清溶液”可知：溶液中含有的離子一定能夠大量共存；由實驗Ⅰ可知，該溶液中一定含有CO₃^2-，其濃度為$\frac{\frac{0.56L}{22.4L/mol}}{0.1L}$=0.25mol/L，則一定沒有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；由生成白色沉淀判斷溶液中一定含有SiO₃^2-，發生反應SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加熱分解生成二氧化硅，固體質量為2.4g為二氧化硅的質量，根據硅原子守恒，SiO₃^2-的濃度為：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L；由實驗Ⅲ可知溶液中不含SO₄^2-，根據電荷守恒2c（CO₃^2-）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其濃度至少為0.8mol/L，不能確定NO₃^-是否存在，
（1）由實驗Ⅰ可知，加入足量稀鹽酸生成白色沉淀并在標準狀況下放出0.56L氣體，則該溶液中一定含有CO₃^2-、SiO₃^2-，則一定沒有Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺，
故答案為：Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺；
（2）加入鹽酸，由生成氣體判斷溶液中一定含有CO₃^2-，發生反應CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑，
故答案為：CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑；
（3）根據發生反應SiO₃^2-+2H⁺=H₂SiO₃↓，硅酸加熱分解生成二氧化硅，H₂SiO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+SiO₂，固體質量為2.4g為二氧化硅的質量，根據硅原子守恒，SiO₃^2-的濃度為：$\frac{\frac{2.4g}{60g/mol}}{0.1L}$=0.4mol/L，
答：H₂SiO₃=H₂O+SiO₂    2H⁺+SiO₃^2-=H₂SiO₃
n（SiO₃^2-）=n（SiO₂）=2.4g÷60g/mol=0.04 mol
c（SiO₃^2-）=0.04 mol÷0.1 L=0.04 mol/L；
（4）根據以上計算可知，不能確定NO₃^-，c（CO₃^2-）=0.25mol/L，c（SiO₃^2-）=0.4mol/L，一定不存在硫酸根離子，所以c（SO₄^2-）=0，根據電荷守恒2c（CO₃^2-+）+2c（SiO₃^2-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L＞0.5mol/L，因此溶液中一定含有K⁺，且其濃度至少為0.8mol/L，
故答案為：存在，其濃度至少為0.8mol/L．

點評 本題考查離子共存、離子檢驗等知識，難度中等，注意掌握離子反應反應條件及常見離子的檢驗方法，根據電荷守恒判斷K⁺是否存在，是本題的難點、易錯點．