Question

17．雾霾严重影响人们的生活与健康，某地区的雾霾中可能含有如下离子中的若干种，NH₄、Ba²⁺、Fe²⁺、Cl、NO${\;}_{3}^{-}$、CO${\;}_{3}^{2-}$、SO${\;}_{4}^{2-}$．某同学收集了该地区的雾霾，经必要的预处理后得到试样溶液，设计并完成如下实验：

已知：①25℃时，Ksp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38、lg2=0.3
     ②离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1时，即可认为该离子沉淀完全．
试回答下列问题：
（1）实验①中加入稀盐酸后，有无色气体A生成，溶液B依然澄清，且溶液中阴离子种类不变，据此可知原溶液中一定含有Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-，一定不含CO₃^2-．（填离子符号）
（2）实验①中发生反应的离子方程式为3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）实验②中逐滴加入碳酸氢钠溶液，立即有气泡产生，此时的离子方程式为H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，一段时间后又有沉淀出现，这时的离子方程式为Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，继续滴加直到沉淀的质量达到最大值，此时溶液的PH约为3.2，继续滴加，使碳酸氢钠溶液略过量．
（4）气体F的成分为NH₃．（填化学式）
（5）根据实验③现象该同学认为原溶液中一定含有SO${\;}_{4}^{2-}$，有其他同学认为其结论不合理，又进行了后续实验④，最终确认原溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$，试写出实验④可行的操作方法及现象．

Answer 1

分析 （1）实验①中加入稀盐酸后，有无色气体A生成，该气体可能为二氧化碳或NO，由于盐酸过量且溶液中阴离子种类不变，则生成的气体为NO，溶液中一定含有Fe²⁺、NO₃^-、Cl^-，且NO₃^-过量；根据离子共存可知一定不存在CO₃^2-；
（2）硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性，能够将亚铁离子氧化成铁离子，同时生成NO气体，据此写出反应的离子方程式；
（3）实验①中盐酸足量，则溶液B中含有过量的氢离子，加入碳酸氢钠后发生反应为：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；溶液B中还含有Fe³⁺，当氢离子反应完全后，铁离子与碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体；
当Fe^3+-完全反应时，其离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，根据K_sP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）列式计算；
（4）溶液D中加入氢氧化钡溶液加热后生成气体F、沉淀G和溶液H，气体F为氨气，由于碳酸氢钠过量，则沉淀G中一定含有碳酸钡，可能含有硫酸钡；
（5）由于碳酸氢钠过量，则生成的沉淀中不一定含有硫酸钡，需要通过对沉淀G进一步检验，可向沉淀G中加入稀硝酸，若沉淀部分溶解，则说明原溶液中一定含有了酸根离子．

解答 解：（1）实验①中加入稀盐酸后，有无色气体A生成，该气体可能为CO₂或NO，由于盐酸过量且反应后溶液中阴离子种类不变，则生成的气体为NO，溶液中一定含有Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-，且NO₃^-过量；根据离子共存可知一定不存在CO₃^2-，
故答案为：Fe²⁺、Cl^-、NO₃^-；CO₃^2-；
（2）实验①中亚铁离子与稀硝酸反应生成硝酸铁和一氧化氮和水，反应的离子反应方程式为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（3）实验①加入足量盐酸，则溶液B中含有过量的氢离子，加入碳酸氢钠后发生反应的离子方程式为：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；溶液B中还含有Fe³⁺，氢离子反应完全后，铁离子与碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体，反应的离子方程式为：Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；当Fe^3+-完全反应时，其离子浓度小于1×10^-5mol•L^-1，根据K_sP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）可得：c（OH^-）=$\root{3}{\frac{4×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$mol/L=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，溶液中氢离子浓度：$\frac{1×1{0}^{-14}}{\root{3}{4}×1{0}^{-11}}$mol/L=$\frac{1×1{0}^{-3}}{\root{3}{4}}$，则此时溶液的pH=-lg$\frac{1×1{0}^{-3}}{\root{3}{4}}$=3+lg$\root{3}{4}$=3+$\frac{2}{3}$lg2=3.2，
故答案为：H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；3.2；
（4）溶液D中加入足量Ba（OH）₂溶液加热后生成气体F、沉淀G和溶液H，气体F为NH₃，由于实验②中NaHCO₃足量，则沉淀G中一定含有BaCO₃，可能含有BaSO₄，
故答案为：NH₃；
（5）由于实验②中NaHCO₃足量，则实验③的沉淀G中一定含有沉淀BaCO₃，不能确定是否含有BaSO₄，需要进行后续实验④，可向沉淀G中加入足量的稀硝酸，若沉淀部分溶解，则证明原溶液中含有SO₄^2-，
答：向沉淀G中加入足量的稀硝酸，若沉淀部分溶解，则证明原溶液中含有SO₄^2-．

点评 本题考查了化学实验基本操作方法及其综合应用，题目难度中等，涉及离子推断、难溶物溶度积的计算、离子方程式书写、常见离子的检验等知识，明确常见化学实验基本操作方法为解答关键，试题知识点较多、综合性及其，充分考查了学生的灵活应用能力．