Question

4．某溶液X中可能含有NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和K⁺中的几种，且所含阴离子的物质的量相等．为确定该溶液X的成分，某学习小组做了如下实验：

则下列说法正确的是（　　）

• A． 若含有Fe³⁺，则一定含有Cl^-
• B． SO₄^2-、NH₄⁺一定存在，NO₃^-、Cl^-可能不存在
• C． CO₃^2-、Al³⁺、K⁺一定不存在
• D． 气体甲、沉淀甲一定为纯净物

Answer 1

分析 某溶液X中可能含有NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和K⁺中的几种，且所含阴离子的物质的量相等，向溶液X中加过量的硫酸，有气体乙产生，发生的反应可能是CO₃^2-与H⁺的反应，也可能是NO₃^-在H⁺条件下与Fe²⁺的氧化还原反应；
溶液X与过量的NaOH溶液反应生成气体甲为0.02mol，则气体甲为NH₃，故溶液中含0.02molNH₄⁺；所得的溶液甲中逐滴加入稀盐酸，无现象，故溶液X中无Al³⁺；再继续加氯化钡溶液，生成沉淀乙，则乙为BaSO₄，质量为4.66g，则物质的量为0.02mol，即溶液X中含0.02molSO₄^2-；所得沉淀甲应为Fe（OH）₂或Fe（OH）₃或两者均有，经过滤、洗涤灼烧后所得的固体乙为Fe₂O₃，质量为1.6g，则物质的量为0.01mol，故溶液X中含Fe²⁺或Fe³⁺或两者均有，且物质的量为0.02mol，然后根据离子之间的互斥性和溶液的电荷守恒来分析．

解答 解：某溶液X中可能含有NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和K⁺中的几种，且所含阴离子的物质的量相等，向溶液X中加过量的硫酸，有气体乙产生，发生的反应可能是CO₃^2-与H⁺的反应，也可能是NO₃^-在H⁺条件下与Fe²⁺的氧化还原反应；
溶液X与过量的NaOH溶液反应生成气体甲NH₃为0.02mol，即溶液X中含0.02molNH₄⁺；所得的溶液甲中逐滴加入稀盐酸，无现象，故溶液X中无Al³⁺；再继续加氯化钡溶液，生成沉淀乙，则乙为BaSO₄，质量为4.66g，则物质的量为0.02mol，即溶液X中含0.02molSO₄^2-；所得沉淀甲应为Fe（OH）₂或Fe（OH）₃或两者均有，经过滤、洗涤灼烧后所得的固体乙为Fe₂O₃，质量为1.6g，物质的量为0.01mol，故溶液X中含Fe²⁺或Fe³⁺或两者均有，且物质的量一定为0.02mol，由于Fe²⁺或Fe³⁺均能与CO₃^2-发生双水解而不能共存，故溶液中无CO₃^2-，则生成气体乙的反应只能是NO₃^-与Fe²⁺的氧化还原反应，故溶液中一定含Fe²⁺和NO₃^-，
而所含阴离子的物质的量相等，即NO₃^-的物质的量也为0.02mol．
故现在溶液X中已经确定存在的离子是：阴离子：0.02molNO₃^-，0.02molSO₄^2-，共带0.06mol负电荷；
                                阳离子：0.02molNH₄⁺，0.02molFe²⁺或Fe²⁺、Fe³⁺的混合物，所带的正电荷≥0.06mol．
                                一定不含Al³⁺、CO₃^2-．
根据溶液呈电中性可知，当 0.02mol全部是Fe²⁺时，阳离子所带正电荷为0.06mol，则Cl^-可以存在，也可以不存在，若Cl^-存在，则K⁺一定存在，若Cl^-不存在，则K⁺一定不存在；
若溶液中含Fe³⁺，阳离子所带正电荷大于0.06mol，则溶液中一定存在Cl^-，还可能存在K⁺．故溶液中可能含Cl^-、K⁺． 
A、由于溶液要保持电中性，故当溶液中含Fe³⁺时，则阳离子所带的正电荷＞0.06mol，故溶液中一定含Cl^-，故A正确；
B、溶液中NO₃^-一定存在，故B错误；
C、K⁺可能存在，故C错误；
D、气体甲为氨气，是纯净物，但沉淀甲可能是Fe（OH）₂或Fe（OH）₃或两者均有，不一定是纯净物，故D错误．
故选A．

点评 本题考查了溶液中离子的检验，应注意应用已推导出的离子的与不能共存的离子之间的互斥性和溶液要呈电中性来分析，难度较大．