Question

【題目】某無色溶液100mL，其中可能含Fe3＋、Al3＋、Na＋、Mg2＋、Cu2＋、NH4+、K＋、CO32-、SO42-等離子中的幾種，為分析其成分，取此溶液分別進(jìn)行了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，其操作和有關(guān)現(xiàn)象如圖所示。

請回答下列問題：

（1）焰色反應(yīng)是___(填“物理”或“化學(xué)”)變化；實(shí)驗(yàn)③中產(chǎn)生的無色無味氣體是___(填化學(xué)式)。

（2）原溶液中一定存在的離子有___，一定不存在的離子有____。

（3）若溶液中K＋物質(zhì)的量為0.04mol，則c(Na＋)=___mol/L。

（4）將一定量Fe2O3和Al2O3混合物溶于100mL稀硫酸中，向反應(yīng)后的溶液中緩慢加入NaOH溶液，加入NaOH溶液的體積與生成沉淀的質(zhì)量關(guān)系如圖所示，試回答：

①混合物中含Fe2O3的質(zhì)量為___g；

②所用硫酸溶液物質(zhì)的量濃度為___mol/L。

Answer 1

【答案】物理 O2 Na+、Mg2+、Al3+、SO42- Fe3+、Cu2+、CO32-、NH4+ 0.6mol/L 16g 6.5mol/L

【解析】

溶液呈無色，則一定不含有色離子：Fe3＋、Cu2＋；

①溶液焰色反應(yīng)呈黃色，說明溶液中含有Na＋離子；

②加入氯化鋇和鹽酸后生成白色沉淀，由于溶液中沒有Ag＋離子，則生成沉淀為BaSO4，溶液中含有SO42－離子；

③加入Na2O2.與水反應(yīng)生成NaOH，生成白色沉淀，說明有Mg2＋，判斷一定無CO32－，生成無色無味氣體，為O2，說明沒有NH4＋；

④逐滴加入過量NaOH溶液有白色沉淀，圖象分析可知，實(shí)驗(yàn)中生成白色沉淀的量與加入NaOH的量的先增大后減小，則說明溶液中含有Al3＋離子；

綜上所述可知：溶液中一定含有Na＋、Mg2＋、Al3＋、SO42－，一定沒有Fe3＋、Cu2＋、CO32－、NH4＋，不能判斷溶液中是否含有K＋。

(1)焰色反應(yīng)是某些金屬或它們的化合物在無色火焰中灼燒時(shí)使火焰呈現(xiàn)特征的顏色的反應(yīng)，沒有生成新物質(zhì)，是物理變化；

實(shí)驗(yàn)③中Na2O2與溶液中的水發(fā)生反應(yīng)：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，產(chǎn)生的無色無味的氣體是O2；

(2)根據(jù)上述分析，原溶液中一定含有Na＋、Mg2＋、Al3＋、SO42－，一定沒有Fe3＋、Cu2＋、CO32－、NH4＋，不能判斷溶液中是否含有K＋；

(3)實(shí)驗(yàn)②中產(chǎn)生的BaSO4白色沉淀的物質(zhì)的量為n(BaSO4)=69.9g÷233g·mol－1=0.3mol，依據(jù)圖形變化可知，剩余的固體為Mg(OH)2，其物質(zhì)的量為0.1mol，則Mg2＋物質(zhì)的量為0.1mol；溶解的固體為Al(OH)3，其物質(zhì)的量為0.1mol，則Al3＋物質(zhì)的量為0.1mol，由于溶液體積為100ml，若溶液中K＋物質(zhì)的量為0.04mol，依據(jù)電荷守恒計(jì)算c(K＋)+c(Na＋)+3c(Al3＋)+2c(Mg2＋)=2c(SO42－)，c(Na＋)=2×3mol·L－1-0.4mol·L－1-3×1mol·L－1-2×1mol·L－1=0.6mol·L－1；

(4)Fe2O3和Al2O3，與稀硫酸反應(yīng)生成Fe3＋、Al3＋，加入NaOH溶液，剛開始沒有沉淀生成，說明溶液中還有H＋，隨后Fe3＋和Al3＋，與堿生成Fe(OH)3、Al(OH)3，260mL時(shí)，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應(yīng)，沉淀有Fe(OH)3和Al(OH)3，溶液中只有Na2SO4，再滴加NaOH，Al(OH)3溶解。

①260mL時(shí)，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應(yīng)，沉淀有Fe(OH)3和Al(OH)3，根據(jù)圖示剩余的Fe(OH)3的質(zhì)量為21.4g。Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓，可得關(guān)系式Fe2O3～2Fe(OH)3，Fe(OH)3的質(zhì)量為21.4g，其物質(zhì)的量，則Fe2O3的物質(zhì)的量為0.1mol，其質(zhì)量為m=nM=0.1mol×160g·mol－1=16g；

②溶解的Al(OH)3的質(zhì)量為37g－21.4g=15.6g，其物質(zhì)的量溶解Al(OH)3消耗了40mLNaOH，離子方程式為Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，可得關(guān)系式Al(OH)3～NaOH，則消耗NaOH的物質(zhì)的量為0.4mol，可得NaOH溶液的濃度。260mL時(shí)，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應(yīng)，沉淀有Fe(OH)3和Al(OH)3，溶液中只有Na2SO4，可以根據(jù)原子守恒，求出H2SO4的物質(zhì)的量濃度，有H2SO4～SO42－～2Na＋，則c(NaOH)V(NaOH)=2c(H2SO4)V(H2SO4)，5mol/L×0.26L=2×c(H2SO4)×0.1L，得c(H2SO4)=6.5mol/L。