Question

Ⅰ.下列是某研究性学习小组对某无色水样成分的检测过程，已知该水样中只可能含有K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-中的若干种离子，该小组同学取了100ml水样进行实验：向水样中先滴加硝酸钡溶液，再滴加1mol·L^-1硝酸，实验过程中沉淀质量与所加试剂量的关系变化如下图所示：

（1）仅凭观察可知该水样中一定不含有的阳离子是____。

（2）由B点到C点变化过程中消耗硝酸的体积为___mL。

（3）试根据实验结果推测K⁺是否存在___（填“是”或“否”）若存在，其物质的量浓度的范围是___mol·L^-1（若不存在，则不必回答）。

（4）设计简单实验验证原水样中可能存在的离子_____________（写出实验步骤、现象和结论）。

Ⅱ.湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的反应体系中有六种粒子：Fe(OH)₃、ClO^－、OH^－、FeO₄^2-、Cl^－、H₂O。

（1）写出并配平湿法制高铁酸钾反应的离子方程式：____________。

（2）若反应过程中转移了0.3mol电子，则还原产物的物质的量为___mol。

（3）低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），原因是______。

Answer

Fe3+、Cu2+ 40 是 c(K+)≥0.6mol∙L-1 取cd段滤液，滴加少量AgNO3溶液，若生成白色沉淀，则原水样中含有Cl-，否则，无Cl-存在(或其它合理答案) 2Fe(OH)3＋3ClO-＋4OH-=2FeO42-＋3Cl-＋5H2O 0.15 该温度下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4的溶解度小

【解析】

Ⅰ.根据题意，水样无色，可排除Fe3+、Cu2+；根据图中所示，ob段向水样中滴加硝酸钡溶液，到a处沉淀达到最大量，可判断CO32-、SO42-至少存在一种，沉淀为BaCO3或BaSO4；bc段滴加稀硝酸，沉淀部分溶解，可判断沉淀为BaCO3和BaSO4两者的混合物，则水样中含CO32-和SO42-，能与CO32-反应而不能共存的Mg2+、Al3+、Ag+、Ca2+都可排除；阳离子只剩下K+，根据电中性原则可判断一定有K+；根据题给的信息不能判断Cl-是否一定存在。

Ⅱ.(1)高铁酸钾是产物，则Fe(OH)3是反应物，根据电子守恒、电荷守恒、质量守恒可写出反应的离子方程式；

(2)建立电子转移和还原产物的关系便可求出还原产物的物质的量；

(3)低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾(K2FeO4)，说明从Na2FeO4→K2FeO4，溶解度变小。

Ⅰ.(1)根据题意，水样无色，可排除有色离子，所以仅凭观察可知该水样中一定不含有的阳离子是Fe3+、Cu2+。答案为：Fe3+、Cu2+；

(2)根据分析可知，由b点到c点的变化是BaCO3溶于稀硝酸的过程，则：

n(BaCO3)=(6.27g-2.33g)÷197g∙mol-1=0.02mol，

V=0.04L=40mL；

答案为：40；

(3)根据图中所示，ob段向水样中滴加硝酸钡溶液产生的沉淀在bc段滴加稀硝酸后部分溶解，可判断水样中含CO32-和SO42-，与CO32-不能共存的Mg2+、Al3+、Ag+、Ca2+都可排除，另，有色离子Fe3+、Cu2+也已排除，阳离子只剩下K+，根据电中性原则可判断，一定有K+；n(CO32-)=n(BaCO3)=0.02mol，c(CO32-)=0.02mol÷(100×10-3L)=0.2mol∙L-1，n(SO42-)=n(BaSO4)=2.33g÷233g∙mol-1=0.01mol，c(SO42-)=0.01mol÷(100×10-3L)=0.1mol∙L-1，根据电中性原则有：c(K+)=2c(CO32-)+2c(SO42-)+c(Cl-)，由于Cl-不能确定，所以有：c(K+)≥2c(CO32-)+2c(SO42-)=2×0.2mol∙L-1+2×0.1mol∙L-1=0.6mol∙L-1。答案为：是；c(K+)≥0.6mol∙L-1；

(4)根据分析，原水样中可能存在的离子是Cl-，可取滴加过量稀硝酸后的溶液检验，此时已无CO32-和SO42-的干扰，且已被稀硝酸酸化。检验方法为：取cd段滤液，滴加少量AgNO3溶液，若生成白色沉淀，则原水样中含有Cl-，否则，无Cl-存在。答案为：取cd段滤液，滴加少量AgNO3溶液，若生成白色沉淀，则原水样中含有Cl-，否则，无Cl-存在(或其它合理答案)；

Ⅱ.(1)根据分析可知，高铁酸钾是产物，则Fe(OH)3是反应物，铁元素化合价升高，失电子；有元素化合价升高，必有元素化合价降低，所以氯元素化合价应降低，ClO-是反应物，Cl-是产物。再根据电子守恒、电荷守恒、质量守恒可写出反应的离子方程式：2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42—+3Cl-+5H2O。答案为：2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(2)ClO-→Cl-对应化合价变化为+1→-1，降低2，所以还原产物是Cl-，Cl-和转移的电子的关系为：Cl-～2e-，若反应过程中转移了0.3mol电子，则还原产物的物质的量为n(Cl-)=0.3mol÷2=0.15mol。答案为：0.15；

(3)低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K2FeO4），说明在此条件下K2FeO4已经过饱和，从而说明在该温度下，K2FeO4溶解度比Na2FeO4小。答案为：该温度下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4的溶解度小。