Question

【題目】工業(yè)廢水中僅含下表離子中的5種（不考慮水的電離及離子的水解），且各種離子的物質的量濃度均為0.1 molL-1 。

陽離子	K+、Cu2+、Fe3+、Al3+、Fe2+
陰離子	Cl-、CO32-、NO3-、SO42-、SiO32-

某同學欲探究該廢水的組成，進行了如下實驗：

Ⅰ.用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰(透過藍色鈷玻璃觀察）。

Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化。

Ⅲ.另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變。

Ⅳ.向Ⅲ中所得溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

請回答下列問題：

（1）甲同學最終確定原溶液中所含陽離子有 _____________，陰離子有__________。（寫離子符號）

（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體的離子方程式為___________________________。

（3）將Ⅲ中紅棕色氣體（標況下）收集一滿試管然后倒扣入水中（假設溶質不擴散），所得溶液中溶質的物質的量濃度為___________ molL-1 （精確到小數(shù)點后第三位）。

（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體的質量為______g。

Answer 1

【答案】Fe2+、Cu2+ Cl-、NO3-、SO42- 3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O 0.045 1.6

【解析】

由實驗可知，Ⅰ．用鉑絲蘸取少量溶液，在火焰上灼燒，無紫色火焰（透過藍色鈷玻璃觀察），說明溶液中沒有K+；Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液無明顯變化，說明溶液中沒有Fe3+；Ⅲ．另取溶液加入少量鹽酸，有無色氣體生成，該無色氣體遇空氣變成紅棕色，此時溶液依然澄清，且溶液中陰離子種類不變，說明溶液中Fe2+與NO3-和H+反應生成NO，即溶液中含有Fe2+、NO3-，加鹽酸溶液中陰離子種類不變，說明原溶液中有Cl-，加鹽酸溶液依然澄清加鹽酸說明溶液中沒有SiO32-；Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，說明溶液中含有SO42-。

（1）由以上推斷可知溶液中陰離子為Cl-、NO3-、SO42-，且各為0.1mol/L，已經推斷出的陽離子是Fe2+，其濃度為0.1mol/L，由電荷守恒可知溶液中還有一種+2價陽離子，則溶液中還有Cu2+，所以甲同學最終確定原溶液中所含陽離子是Fe2+、Cu2+；陰離子是Cl-、NO3-、SO42-，故答案為：Fe2+、Cu2+；Cl-、NO3-、SO42-；

（2）Ⅲ中加入少量鹽酸生成無色氣體，是Fe2+與NO3-和H+反應生成Fe3+、NO和水，反應的離子方程式為3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O，故答案為：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O；

（3）二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮，反應的化學方程式為3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，設標況下二氧化氮的體積為VL，則二氧化氮的物質的量為=mol，由方程式可知反應后溶液的體積為L，硝酸的物質的量為×mol，則硝酸的物質的量濃度為=0.045mol/L，故答案為：0.045；

（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+與氫氧化鈉溶液反應生成Fe(OH)2沉淀，Fe(OH)2沉淀又被空氣中的氧氣氧化，最終生成Fe(OH)3，Cu2+與氫氧化鈉溶液反應生成生成Cu(OH)2沉淀，充分反應后過濾，洗滌，灼燒至恒重，得到的固體為Fe2O3和CuO，根據(jù)元素守恒：n(CuO）=n（Cu2+）=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，n（Fe2O3）=n（Fe2+）/2=0.005mol，所以固體質量為：m(CuO)+m(Fe2O3)=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g，故答案為：1.6。