Question

某无色溶液100mL，其中可能含Fe³⁺、Al³⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、NH₄⁺、K⁺、CO₃^2-、SO₄^2-等离子中的几种，为分析其成分，取此溶液分别进行了四个实验，其操作和有关现象如图所示。

请回答下列问题：

（1）焰色反应是___(填“物理”或“化学”)变化；实验③中产生的无色无味气体是___(填化学式)。

（2）原溶液中一定存在的离子有___；一定不存在的离子有___。

（3）若溶液中K⁺物质的量为0.04mol，则c(Na⁺)=___mol/L。

Answer

物理 O2 Na+、Mg2+、Al3+、SO42- Fe3+、Cu2+、CO32-、NH4+ 0.6

【解析】

溶液为无色，说明不存在Fe3+和Cu2+，①经过焰色反应显黄色，说明存在Na+，②加入BaCl2和稀盐酸产生白色沉淀，说明一定存在SO42-，可能存在CO32-，③加入Na2O2固体，Na2O2与水反应生成NaOH和O2，无色无味的气体是O2，说明没有NH4+，产生白色沉淀，说明存在Mg2+、Al3+中的一种或两种，④逐滴加入NaOH溶液直至过量，沉淀的总物质的量先是增大到最大值，后又减少直至不变，说明一定存在Al3+和Mg2+，则不存在CO32-，据此分析解答。

(1)焰色反应中没有新物质生成，是物理变化；实验③中加入Na2O2固体，Na2O2与水反应生成NaOH和O2，无色无味的气体是O2，故答案为：物理；O2；

(2)根据以上分析可知，原溶液中一定存在的离子有：Na+、Mg2+、Al3+、SO42-，

一定不存在的离子有：Fe3+、Cu2+、CO32-、NH4+，而K+则无法判断，故答案为：Na+、Mg2+、Al3+、SO42-； Fe3+、Cu2+、CO32-、NH4+；

(3)第②步产生的是BaSO4沉淀，则n(SO42-)==0.3mol，第④步中，沉淀产生最大物质的量为0.2mol，说明n(Al3+)+n(Mg2+)=0.2mol，最后剩下0.1mol沉淀，说明n(Mg2+)=0.1mol，则n(Al3+)=0.1mol，根据溶液为电中性，则有2n(Mg2+)+3n(Al3+)+n(Na+)+n(K+)=2n(SO42-)，即2×0.1mol+3×0.1mol+n(Na+)+1×0.04mol=2×0.3mol，所以c(Na+)==0.6mol/L，故答案为：0.6。