Question

由几种离子化合物组成的混合物，含有以下离子中的若干种：K⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、C1^—、SO₄^2—、CO₃^2-。将该混合物溶于水后得无色澄清溶液，现分别取3份100mL该溶液进行如下实验：

实验序号	实验内容	实验结果
a	加AgNO3溶液	有白色沉淀生成
b	加足量NaOH溶液并加热	收集到气体1．12L（已折算成标准状况下的体积）
c	加足量BaC12溶液时，对所得沉淀进行洗涤、干燥、称量；再向沉淀中加足量稀盐酸，然后干燥、称量	第一次称量读数为6．27g，第二次称量读数为2．33g

试回答下列问题：

（1）该混合物中一定不存在的离子是                      。

（2）试写出实验b发生反应的离子方程式                            。

（3）溶液中一定存在的阴离子及其物质的量浓度（可不填满）：

阴离子符号	物质的量浓度（mol·L^—^1）

（4）判断混合物中是否存在K⁺，如果不存在，请说明理由，如果存在，请求出C（K⁺）的取值范围？                         。

（5）Ba^2＋是一种重金属离子，某环境监测小组欲利用Na₂S₂O₃、KI、K₂Cr₂O₇等试剂测定某工厂废水中Ba²⁺的浓度。取废水50．00mL，控制适当的酸度加入足量的K₂Cr₂O₇溶液，得BaCrO₄沉淀；沉淀经洗涤、过滤后，用适量的稀盐酸溶解，此时CrO₄^2－全部转化为Cr₂O₇^2－；再加过量KI溶液反应，反应液中再滴加0．100 mol·L^－1Na₂S₂O₃溶液，反应完全时，消耗Na₂S₂O₃溶液36．00mL。已知有关的离子方程式为：

①Cr₂O₇^2－＋6I^－＋14H^＋＝2Cr^3＋＋3I₂＋7H₂O；

②I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－。

试计算该工厂废水中Ba^2＋的物质的量浓度。（写出具体计算过程）

Answer

（1）Mg2+、Cu2+、Ba2+

（2）NH4+ +OH- ＝NH3 ↑+ H2O

（3）

（4）有，根据确定的离子的电荷守恒可知负电荷总数多余正电荷总数，求出C（K+）≥0．1mol/L。

（5）

x=（36．00×0．100×10-3mol）/3=1．2×10-3 mol

所以c（Ba2+）=1．2×10-3 mol ÷0．05L＝0．024mol·L－1

【解析】

试题分析：根据题意，Ba2+和SO42-可发生离子反应生成BaSO4↓，因此两者不能共存，Mg2+、Cu2+、Ba2+和CO32-可发生离子反应生成碳酸镁、碳酸铜、碳酸钡沉淀，因此也不能共存，将该混合物溶于水后得无色澄清溶液，这说明一定不存在铜离子。第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生，可能发生Cl-+Ag+═AgCl↓、CO32-+2Ag+═Ag2CO3↓、SO42-+2Ag+═Ag2SO4↓，所以可能含有Cl-、CO32-、SO42-；第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0．05mol，和NaOH溶液加热产生气体的只能是NH4+，而没有沉淀产生说明一定不存在Mg2+，故可确定一定含有NH4+，一定不存在Mg2+，根据反应NH4++OH-═NH3↑+H2O，产生NH3为0．05mol，可得NH4+也为0．05mol；第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6．27g，经足量盐酸洗涤，干燥后，沉淀质量为2．33g，部分沉淀溶于盐酸为BaCO3，部分沉淀不溶于盐酸为BaSO4，发生反应CO32-+Ba2+═BaCO3↓、SO42-+Ba2+═BaSO4↓，因为BaCO3+2HCl═BaCl2+CO2↑+H2O而使BaCO3溶解．因此溶液中一定存在CO32-、SO42-，一定不存在Ba2+，由条件可知BaSO4为2．33g，物质的量为2．33g÷233g/mol＝0．01mol，BaCO3为6．27g-2．33g═3．94g，物质的量为3．94g÷197g/mol＝0．02mol，由上述分析可得，溶液中一定存在CO32-、SO42-、NH4+，而CO32-、SO42-、NH4+物质的量分别为0．02mol、0．01mol、0．04mol；一定不存在Mg2+、Cu2+、Ba2+；CO32-、SO42-所带负电荷为0．02mol×2+0．01mol×2＝0．06mol，NH4+所带正电荷为0．05 mol，根据溶液中电荷守恒，可知K+一定存在，K+物质的量≥0．01 mol，当K+物质的量＞0．01 mol时，溶液中还必须含有Cl-；当K+物质的量＝0．01 mol时，溶液中不含有Cl-；

（1）根据以上分析可知该混合物中一定不存在的离子是Mg2+、Cu2+、Ba2+；

（2）实验b发生反应的离子方程式NH4+ +OH- ＝NH3 ↑+ H2O；

（3）依据上述分析可知，溶液中一定存在的阴离子为CO32-、SO42-，SO42-物质的量为0．01mol，SO42-物质的量浓度＝0．01mol÷0．1L＝0．1mol/L，CO32-物质的量为0．02mol，CO32-物质的量浓度为0．02mol÷0．1L＝0．2mol/L；

（4）根据以上分析可知K+一定存在，K+物质的量≥0．01mol，因此钾离子浓度≥0．01mol/L。

（5）根据反应的方程式可知

x=（36．00×0．100×10-3mol）/3=1．2×10-3 mol

所以c（Ba2+）=1．2×10-3 mol ÷0．05L＝0．024mol·L－1

考点：本题主要是考查离子的检验与推断

【名师点睛】根据离子的特征反应及离子间的共存情况，进行离子推断时要遵循以下三条原则：（1）互斥性原则。判断出一定有某种离子存在时，将不能与之共存的离子排除掉，从而判断出一定没有的离子。（2）电中性原则。溶液呈电中性，溶液中一定有阳离子和阴离子，不可能只有阳离子或阴离子。（3）进出性原则。离子检验时，加入试剂会引入新的离子，某些离子在实验过程中可能消失（如溶液中的AlO2-在酸过量时转化为Al3＋），则原溶液中是否存在该种离子无法判断。解答时，首先，必须以扎实全面的基础知识作后盾。扎实全面的基础知识是考生认真、准确解答试题的前提和基础。例如考生要对离子的性质、离子的特征、离子间的反应关系要有准确全面的认识。其次，必须要有正确清晰的解题思路和正确灵活的解题方法。