Question

某工业废水中仅含下表离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），且各种离子的物质的量浓度相等，均为0.1 mol·L^－1。

阳离子	K^+  Mg^2+   Fe^3+   Al^3+   Fe^2+
阴离子	Cl^－CO3^2－  NO3^－  SO4^2－  SiO3^2－

甲同学欲探究废水的组成，进行了如下实验：

① 用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察）。

② 取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化。

③ 另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变。

④ 向③中所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成。

请推断：

（1）由①、②、③判断，溶液中一定不含有的阳离子是______，一定不含的阴离子是_______（写离子符号）。

（2）③中加入少量盐酸生成无色气体的的离子方程式是_____________，

④中生成白色沉淀的离子方程式是_______________。

（3）将③中所得红棕色气体通入水中，气体变无色，所发生的化学反应方程式为_________。

（4）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是_________，阴离子是________。（写离子符号）

Answer

K+、Fe3+CO32－、SiO32－3Fe2+ + NO3－ + 4H+ =3Fe3+ + NO↑ + 2H2OBa2++SO42-=BaSO4↓3NO2+H2O=2HNO3+NOFe2+、Mg2+Cl－、NO3－、SO42－

【解析】①用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，说明没有K+；

②取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有Fe3+；

③另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，说明 Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，即溶液中有Fe2+、NO3-，则没有CO32－；加盐酸溶液中阴离子种类不变，说明原溶液中有Cl-，加盐酸溶液依然澄清加盐酸说明没有SiO32-；

④向③中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明有SO42-；

(1)由①②③判断，溶液中一定不含有的阳离子是K+、Fe3+，一定不含的阴离子是CO32－、SiO32－，故答案为：K+、Fe3+；CO32－、SiO32－；

(2)③中加入少量盐酸生成无色气体，是Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，其离子方程式：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O；④中生成白色沉淀为硫酸钡，反应的离子方程式为Ba2++SO42-=BaSO4↓，故答案为：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O；Ba2++SO42-=BaSO4↓；

(3)将Ⅲ中所得红棕色气体为二氧化氮，通入水中，与水反应生成NO，气体变无色，所发生的化学方程式为3NO2+H2O═2HNO3+NO，故答案为：3NO2+H2O═2HNO3+NO；

(4)由以上推断可知溶液中阴离子为 Cl-、NO3-、SO42-，且各为0.1mol/L；已经推断出的阳离子是Fe2+，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种+2价阳离子，所以还有Mg2+ ，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是：Fe2+、Mg2+ ；阴离子是：Cl-、NO3-、SO42-；故答案为：Fe2+、Mg2+ ；Cl-、NO3-、SO42-。

点睛：本题考查物质的检验、鉴别。解答本题的关键是掌握常见离子的检验方法。解答此类试题的一般方法是：1、根据实验现象推出溶液中肯定存在或肯定不存在的离子；2、在肯定某些离子的同时，结合离子共存规律，否定一些离子的存在；3、溶液呈电中性，一定既有阳离子，又有阴离子，且溶液中正电荷总数与负电荷总数相等；4、注意在实验过程中反应生成的离子或引入的离子对后续实验的干扰。