Question

在Na^＋浓度为0.5 mol·L^－1的某澄清溶液中，还可能含有下表中的若干种离子。

（已知H₂SiO₃为不溶于水的胶状沉淀，加热时易分解为固体SiO₂和H₂O）

阳离子	K^＋	Ag^＋	Ca^2＋	Ba^2＋
阴离子	NO3^-	CO3^2-	SiO3^2-	SO4^2-

现取该溶液100 mL进行如下实验(气体体积均在标准状况下测定)。

序号	实验内容	实验结果
Ⅰ	向该溶液中加入足量稀盐酸	产生白色胶状沉淀并放出标准状况下0.56 L气体
Ⅱ	将Ⅰ的反应混合液过滤，对沉淀洗涤、灼烧至恒重，称量所得固体质量	固体质量为2.4 g
Ⅲ	向Ⅱ的滤液中滴加BaCl2溶液	无明显现象

请回答下列问题。

（1）实验Ⅰ能确定一定不存在的离子是___________；

（2）实验Ⅰ中生成气体的离子方程式为____________________________   _____；

（3）通过实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，写出SiO₃^2－物质的量浓度的计算过程：_____________________

（4）判断K^＋是否存在，若存在求其最小浓度，若不存在说明理由： _____________________

Answer

（1）（1）Ag＋、Ca2＋、Ba2＋ （2）CO32－＋2H＋===H2O + CO2↑

（3）【解析】
H2SiO3＝H2O + SiO2 2H+ + SiO32- ＝H2SiO3

n(SiO32-) = n(SiO2) = 2.4g ÷ 60g/mol = 0.04 mol

c(SiO32-) = 0.04 mol ÷ 0.1 L = 0.04 mol/L÷

（4）存在，最小浓度为0.8 mol·L－1 ，根据电荷守恒可知：2c(CO32－)＋2c(SiO32－)＝2×0.25 mol·L－1＋2×0.4 mol·L－1＝1.3 mol·L－1＞0.5 mol·L－1，因此必有K＋，至少为0.8 mol·L－1。

【解析】

试题分析：向该溶液中加入足量稀盐酸，产生白色沉淀并放出标准状况下0.56 L气体，证明含有CO32－，n(CO32－)=0.56L÷22.4L/mol=0.025mol,c(CO32－)= n(C CO32－)÷V=0.025mol÷0.1L=0.25mol/L。由于CO32－与Ag+、Ca2+、Ba2+会发生沉淀反应而不能大量共存，所以一定不含Ag+、Ca2+、Ba2+；则加入HCl产生的沉淀是H2SiO3,则原溶液中含有SiO32－离子；生成沉淀的离子方程式为SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓；将Ⅰ的反应混合液过滤，对沉淀洗涤、灼烧至恒重，硅酸发生分解反应产生SiO2,称量所得固体质量固体质量为SiO2的质量，是2.4 g，则n(SiO32－)=n(SiO2)=2.4g÷60g/mol=0.04mol,所以c(SiO32－)= n(SiO32－)÷V=0.04mol÷0.1L=0.4mol/L；向Ⅱ的滤液中滴加BaCl2溶液，无明显现象，证明不含有SO42－。根据电荷守恒2c（CO32-）+2c（SiO32-）=2×0.25mol/L+2×0.4mol/L=1.3mol/L，而c(Na+)=0.5mol/L,阴离子所带负电荷总数大于阳离子所带正电荷总数，所以因此溶液中一定含有阳离子K+。实验中没有涉及NO3-，所以不能确定NO3-是否存在．若不存在NO3-，则c(K+)=0.8mol/L，若存在NO3-，则根据溶液呈电中性，c(K+)>0.8mol/L,所以c(K+)浓度至少为1.3mol/L-0.5mol/L=0.8mol/L。

（1）根据以上分析可知实验Ⅰ能确定一定不存在的离子是)Ag＋、Ca2＋、Ba2＋。

（2）实验Ⅰ中生成气体的离子方程式为CO32－＋2H＋===H2O + CO2↑。

（3） H2SiO3＝H2O + SiO2 2H+ + SiO32- ＝H2SiO3

n(SiO32-) = n(SiO2) = 2.4g ÷ 60g/mol = 0.04 mol

c(SiO32-) = 0.04 mol ÷ 0.1 L = 0.04 mol/L

（4）根据电荷守恒可知：2c(CO32－)＋2c(SiO32－)＝2×0.25 mol·L－1＋2×0.4 mol·L－1＝1.3 mol·L－1＞0.5 mol·L－1，因此必有K＋，至少为0.8 mol·L－1。

【考点定位】本题主要是考查溶液则离子存在的鉴定、离子共存、离子浓度的计算的知识

【名师点晴】电荷守恒在离子反应定量推断试题中的应用解与离子反应有关的定量推断类试题，需要掌握定量推断最后一种离子存在的方法：如果多种离子共存，且只有一种离子的物质的量未知，可以用电荷守恒来确定最后一种离子是否存在，即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。