Question

【题目】工业废水中仅含下表离子中的5种（不考虑水的电离及离子的水解），且各种离子的物质的量浓度均为0.1 molL-1 。

阳离子	K+、Cu2+、Fe3+、Al3+、Fe2+
阴离子	Cl-、CO32-、NO3-、SO42-、SiO32-

某同学欲探究该废水的组成，进行了如下实验：

Ⅰ.用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察）。

Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化。

Ⅲ.另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变。

Ⅳ.向Ⅲ中所得溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

请回答下列问题：

（1）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子有 _____________，阴离子有__________。（写离子符号）

（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体的离子方程式为___________________________。

（3）将Ⅲ中红棕色气体（标况下）收集一满试管然后倒扣入水中（假设溶质不扩散），所得溶液中溶质的物质的量浓度为___________ molL-1 （精确到小数点后第三位）。

（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体的质量为______g。

Answer 1

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

【解析】

由实验可知，Ⅰ．用铂丝蘸取少量溶液，在火焰上灼烧，无紫色火焰（透过蓝色钴玻璃观察），说明溶液中没有K+；Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明溶液中没有Fe3+；Ⅲ．另取溶液加入少量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色，此时溶液依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，说明溶液中Fe2+与NO3-和H+反应生成NO，即溶液中含有Fe2+、NO3-，加盐酸溶液中阴离子种类不变，说明原溶液中有Cl-，加盐酸溶液依然澄清加盐酸说明溶液中没有SiO32-；Ⅳ．向Ⅲ中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明溶液中含有SO42-。

（1）由以上推断可知溶液中阴离子为Cl-、NO3-、SO42-，且各为0.1mol/L，已经推断出的阳离子是Fe2+，其浓度为0.1mol/L，由电荷守恒可知溶液中还有一种+2价阳离子，则溶液中还有Cu2+，所以甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是Fe2+、Cu2+；阴离子是Cl-、NO3-、SO42-，故答案为：Fe2+、Cu2+；Cl-、NO3-、SO42-；

（2）Ⅲ中加入少量盐酸生成无色气体，是Fe2+与NO3-和H+反应生成Fe3+、NO和水，反应的离子方程式为3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O，故答案为：3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O；

（3）二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，反应的化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，设标况下二氧化氮的体积为VL，则二氧化氮的物质的量为=mol，由方程式可知反应后溶液的体积为L，硝酸的物质的量为×mol，则硝酸的物质的量浓度为=0.045mol/L，故答案为：0.045；

（4）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+与氢氧化钠溶液反应生成Fe(OH)2沉淀，Fe(OH)2沉淀又被空气中的氧气氧化，最终生成Fe(OH)3，Cu2+与氢氧化钠溶液反应生成生成Cu(OH)2沉淀，充分反应后过滤，洗涤，灼烧至恒重，得到的固体为Fe2O3和CuO，根据元素守恒：n(CuO）=n（Cu2+）=cV=0.1mol/L×0.1L=0.01mol，n（Fe2O3）=n（Fe2+）/2=0.005mol，所以固体质量为：m(CuO)+m(Fe2O3)=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g，故答案为：1.6。