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，取此溶液分別進行了四個實驗，其操作和有關現象如圖所示。

請回答下列問題：

（1）焰色反應是___(填“物理”或“化學”)變化；實驗③中產生的無色無味氣體是___(填化學式)。

（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量關系如圖所示，試回答：

①混合物中含Fe2O3的質量為___g；

②所用硫酸溶液物質的量濃度為___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，實驗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)焰色反應是某些金屬或它們的化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特征的顏色的反應，沒有生成新物質，是物理變化；

實驗③中Na2O2與溶液中的水發(fā)生反應：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，產生的無色無味的氣體是O2；

(2)根據上述分析，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)實驗②中產生的BaSO4白色沉淀的物質的量為n(BaSO4)=69.9g÷233g·mol－1=0.3mol，依據圖形變化可知，剩余的固體為Mg(OH)2，其物質的量為0.1mol，則Mg2＋物質的量為0.1mol；溶解的固體為Al(OH)3，其物質的量為0.1mol，則Al3＋物質的量為0.1mol，由于溶液體積為100ml，若溶液中K＋物質的量為0.04mol，依據電荷守恒計算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，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應，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，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應，沉淀有Fe(OH)3和Al(OH)3，根據圖示剩余的Fe(OH)3的質量為21.4g。Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓，可得關系式Fe2O3～2Fe(OH)3，Fe(OH)3的質量為21.4g，其物質的量，則Fe2O3的物質的量為0.1mol，其質量為m=nM=0.1mol×160g·mol－1=16g；

②溶解的Al(OH)3的質量為37g－21.4g=15.6g，其物質的量溶解Al(OH)3消耗了40mLNaOH，離子方程式為Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O，可得關系式Al(OH)3～NaOH，則消耗NaOH的物質的量為0.4mol，可得NaOH溶液的濃度。260mL時，H＋、Fe3＋、Al3＋均完全反應，沉淀有Fe(OH)3和Al(OH)3，溶液中只有Na2SO4，可以根據原子守恒，求出H2SO4的物質的量濃度，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。