Question

14．有一无色透明溶液，欲确定是否含有下列离子：K⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Ba²⁺、NO₃^-、SO₄^2-Cl^-、I^-、HCO₃^-，取该溶液进行如下实验：

实验步骤	实验现象
①取少量该溶液，加几滴甲基橙溶液	溶液变红色
②取少量该溶液，加铜片和浓硫酸，加热	有无色气体产生，遇空气变成红棕色
③取少量该溶液，加入BaCl2溶液	有白色沉淀生成
④取③中的上层清液，加入AgNO3溶液	有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成
⑤取少量该溶液，加入NaOH溶液	有白色沉淀生成，当NaOH过量时，沉淀部分溶解

由此判断：
（1）溶液中一定存在的离子是NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺、Cl^-_；溶液中肯定不存在的离子是I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-．
（2）为进一步确定其他离子，应该补充的实验及对应欲检验离子的名称（若为溶液反应，说明使用
试剂的名称，不必写详细步骤）钾离子；焰色反应．
（3）写出实验⑤中所有反应的离子方程式：H⁺+OH^-=H₂O；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓；Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-．

Answer 1

分析 无色溶液中，有色离子不存在，氢氧化铝是两性氧化物，能溶于强碱中，白色且不溶于硝酸的白色沉淀是氯化银或者是硫酸钡，在酸性环境下，能和氢离子反应的离子不共存，根据离子反应的现象以及离子共存的知识加以分析．因是一无色透明溶液，则不含有Fe²⁺，
由①取少量该溶液，加几滴甲基橙，溶液显红色，说明溶液显示酸性，所以HCO₃^-不存在；
由②取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓硫酸，加热有无色气体产生，气体（NO）遇空气可以变成红棕色（二氧化氮），说明溶液中含有NO₃^-，则一定不含有I^-；
由③取少量该溶液，加Ba（NO₃）₂溶液，有白色沉淀生成，则含有SO₄^2-；
由④取③中的上层清夜，加AgNO₃，有稳定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，则含有Cl^--，所以原离子中含有Cl^-；
由⑤取少量该溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，当NaOH过量时，沉淀部分溶解，则含有铝离子、镁离子．

解答 解：无色溶液中，有色离子不存在，氢氧化铝是两性氧化物，能溶于强碱中，白色且不溶于硝酸的白色沉淀是氯化银或者是硫酸钡，在酸性环境下，能和氢离子反应的离子不共存，根据离子反应的现象以及离子共存的知识加以分析．因是一无色透明溶液，则不含有Fe²⁺，
由①取少量该溶液，加几滴甲基橙，溶液显红色，说明溶液显示酸性，所以HCO₃^-不存在；
由②取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓硫酸，加热有无色气体产生，气体（NO）遇空气可以变成红棕色（二氧化氮），说明溶液中含有NO₃^-，则一定不含有I^-；
由③取少量该溶液，加Ba（NO₃）₂溶液，有白色沉淀生成，则含有SO₄^2-；
由④取③中的上层清夜，加AgNO₃，有稳定的白色沉淀生成，且不溶于稀硝酸，则含有Cl^--，所以原离子中含有Cl^-；
由⑤取少量该溶液，加入NaOH溶液有白色沉淀生成，当NaOH过量时，沉淀部分溶解，则含有铝离子、镁离子．
（1）综上可知，溶液中一定存在的离子是NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺、Cl^-，溶液中肯定不存在的离子是故答案为：NO₃^-、SO₄^2- Mg²⁺、Al³⁺、Cl^-；I^-、Ba²⁺、Fe²⁺、HCO₃^-；
（2）溶液中的K⁺在检验过程中不能判断，需要进一步实验验证，可以利用焰色反应隔着钴玻璃观察为紫色火焰；
故答案为：钾离；焰色反应；
（3）取少量该溶液，加入NaOH溶液，会发生反应有：H⁺+OH^-=H₂O，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，氢氧化铝能和氢氧化钠反应，而氢氧化镁则不能，反应的实质是Al（OH）₃+OH^-═2H₂O+AlO₂^-或Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-，故答案为：H⁺+OH^-=H₂O；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+3OH^-=Al（OH）₃↓，Al（OH）₃+OH^-=[Al（OH）₄]^-．

点评 本题考查离子的共存问题，明确题中信息的挖掘和应用是解答的关键，并熟悉离子不能共存的常见的原因即可解答．