Question

【题目】某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相等，均为0.1mol/L．

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

甲同学欲探究废水的组成，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中所得的溶液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成．
请推断：
（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是（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是 ．
（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），所得溶液的物质的量浓度为mol/L（精确到千分位）
（4）甲同学最终确定原溶液中所含阳离子是 ， 阴离子是 ． （写离子符号）（5）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，得到的固体质量为g．

Answer 1

【答案】
（1）K+、Fe3+
（2）3Fe2++NO3﹣+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O
（3）0.045
（4）Fe2+、Cu2+；Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣；1.6
【解析】解：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），说明没有K+ ． Ⅱ．取少量溶液，加入KSCN溶液无明显变化，说明没有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 Fe2+与NO3﹣和H+反应生成NO，即溶液中有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，说明有SO42﹣；（1）由Ⅰ、Ⅱ判断，溶液中一定不含有的阳离子是K+、Fe3+ ，
所以答案是：K+、Fe3+；（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NO，其离子方程式：3Fe2++NO3﹣+4H+═3Fe3++NO+2H2O；
所以答案是：3Fe2++NO3﹣+4H+═3Fe3++NO+2H2O；（3）标准状况下，将一充满NO2气体的试管，倒扣于水中，至液面不再升高时，再充入氧气可以使液面继续上升至充满试管，最后得到的硝酸，设试管体积为VL，最终试管中所得溶液的浓度为 =0.045mol/L，
所以答案是：0.045；（4）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，所以还有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﹣；
所以答案是：Fe2+、Cu2+；Cl﹣、NO3﹣、SO42﹣；（5）另取100mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，Fe2+生成Fe（OH）2 ， 又被氧气氧化为Fe（OH）3 ， Cu2+生成Cu（OH）2 ， 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+）=0.005mol，
所以固体质量为：m（CuO）+m（Fe2O3）=0.01mol×80g/mol+0.005mol×160g/mol=1.6g，
所以答案是：1.6g．