Question

18．学校化学研究小组对某溶液进行检测分析，该无色溶液中可能含有NH₄⁺、K⁺、Al³⁺、HCO₃^-、Cl^-、MnO₄^-、SO₄^2-等离子中的几种离子．
①经实验可知溶液明显呈酸性．
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀甲，向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生．
③另取少量该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀乙，当沉淀增加到一定量后开始产生气体丙，最后沉淀完全溶解．
（1）写出气体丙的电子式，空间构型为三角锥形．
（2）该溶液中一定不含有：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-（填离子的化学式）离子，一定含有的离子有NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-（填离子的化学式）．
（3）在这些不存在的离子中，有一种离子在酸性环境中与SO₂反应，试写出该反应的离子方程式：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
（4）请设计实验方案，检验该试液中是否存在可能含有的离子焰色反应，用洁净的铂丝蘸取试样在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃，观察火焰颜色，若紫色，则含有K⁺．
（5）为确定上述溶液中所含的各种离子的物质的量，取100mL上述溶液并向其中加入Na₂O₂固体，产生的沉淀和气体与所加Na₂O₂固体物质的量的关系曲线如图Ⅰ：该溶液中可能存在的离子的物质的量为0.1mol．

Answer 1

分析 溶液无色，说明不含MnO₄^-；
①经实验可知溶液明显呈酸性，可为强酸弱碱盐，则一定不存在水解呈碱性的HCO₃^-离子；
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀甲，向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生，说明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲为BaSO₄；
③另取少量该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀乙，当沉淀增加到一定量后开始产生气体丙，最后沉淀完全溶解，说明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙为Al（OH）₃，丙为NH₃，K⁺应通过焰色反应检验，
根据过氧化钠的量结合图象判断含有的离子的物质的量．

解答 解：溶液无色，说明不含MnO₄^-；
①经实验可知溶液明显呈酸性，可为强酸弱碱盐，则一定不存在水解呈碱性的HCO₃^-离子；
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba（NO₃）₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀甲，向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生，说明含有SO₄^2-，不含有Cl^-，甲为BaSO₄；
③另取少量该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀乙，当沉淀增加到一定量后开始产生气体丙，最后沉淀完全溶解，说明含有NH₄⁺、Al³⁺，乙为Al（OH）₃，丙为NH₃，
（1）由以上分析可知丙为NH₃，电子式为，空间构型为三角锥形，故答案为：；三角锥形；
（2）由以上分析可知一定含有的离子为NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-，一定不含有的离子为MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-，
故答案为：MnO₄^-、HCO₃^-、Cl^-；NH₄⁺、Al³⁺、SO₄^2-；
（3）能与二氧化硫反应的离子应具有强氧化性，应为MnO₄^-，反应的离子方程式为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（4）K⁺应通过焰色反应检验，实验方法是用洁净的铂丝蘸取试样在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃，观察火焰颜色，若紫色，则含有K⁺，
故答案为：焰色反应，用洁净的铂丝蘸取试样在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃，观察火焰颜色，若紫色，则含有K⁺；
（5）2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，根据图象可知当加入Na₂O₂0.15mol时，Al³⁺完全沉淀，则生成的n（NaOH）=0.3mol，则n（Al³⁺）=0.1mol，
NH₄⁺完全生成NH₃时消耗的Na₂O₂为0.1mol，则n（NH₄⁺）=0.2mol，
由实验②可知10mL溶液中含有SO₄^2-0.03mol，则100mL溶液中含有SO₄^2-0.3mol，
根据溶液电荷守恒可知：3n（Al³⁺）+n（K⁺）+n（NH₄⁺）=2n（SO₄^2-），
则n（K⁺）=2×0.3mol-3×0.1mol-0.2mol=0.1mol，
故答案为：0.1．

点评 本题考查常见离子的性质及检验方法，题目难度较大，注意根据实验现象判断可能含有的离子，明确溶液中电荷守恒的运用方法，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．