Question

现有五种可溶性物质A、B、C、D、E，它们所含的阴、阳离子互不相同，分别含有五种阳离子Na⁺、A

l

3+

、M

g

2+

、B

a

2+

、F

e

3+

和五种阴离子Cl^-、OH^-、N

O

- 3

、C

O

2- 3

、X中的一种．
（1）某同学通过比较分析，认为无需检验就可判断其中必有的两种物质是

 

和

 

（填化学式）．
（2）为了确定X，观将（1）中的两种物质记为A和B，当C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体；当C与A的溶液混合时产生棕灰色沉淀，向该沉淀中滴入稀HNO₃，沉淀部分溶解，最后留有白色沉淀不再溶解．则：
①X为

 

．
A.S

O

2- 3

      B.S

O

2- 4

      C.CH3COO-    D.Si

O

2- 3

②A中的化学键类型为

 

．
③B的水溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序为

 

（用离子符号表示）．
④将0.02mol的A与0.01mol的C同时溶解在足量的蒸馏水中，充分反应后，最终所得沉淀的质量为

 

（精确到0.1g）．
⑤利用上述已经确定的物质，可以检验出D、E中的阳离子．请简述实验操作步骤、现象及结论：

 

．
（3）将Cu投入到装有D溶液的试管中，Cu不溶解；再滴加稀H₂SO₄，Cu逐渐溶解，管口附近有红棕色气体出现．则物质D一定含有上述离子中的

 

（填相应的离子符号）．有关反应的离子方程式为

 

．

Answer 1

分析：因阳离子中Al³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺均不能与CO₃^2-共存，所以CO₃^2-只能与Na⁺结合成Na₂CO₃存在，又因Al³⁺、Mg²⁺、Fe³⁺均不能与OH^-共存，所以OH^-只能与Ba²⁺结合成Ba（OH）₂存在，由（2）可知，当C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体，很明显是Fe³⁺与CO₃^2-发生双水解的现象，不难得出B为Na₂CO₃，A为Ba（OH）₂，C中有Fe³⁺，又因C与A反应产生的白色沉淀不溶于稀HNO₃，则C为Fe₂（SO₄）₃，结合对应物质的性质以及题目要求可解答该题．

解答：解：（1）CO₃^2-与Al³⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Fe³⁺不能大量共存，OH^-与Al³⁺、Mg²⁺、Fe³⁺不能大量共存，由于所含阴、阳离子互不相同，所以对应的物质应为Na₂CO₃和Ba（OH）₂，
故答案为：Na₂CO₃； Ba（OH）₂；
（2）C与B的溶液混合时，产生红褐色沉淀和无色无味气体，沉淀为氢氧化铁、气体为二氧化碳；C与A的溶液混合时产生混合物沉淀，向该沉淀中滴入稀盐酸，沉淀部分溶解，最后留有白色沉淀不再溶解，则B为Na₂CO₃，A为Ba（OH）₂，C为硫酸铁，另两种物质为氯化铝、硝酸镁或氯化镁、硝酸铝，
①因C为硫酸铁，则阴离子有SO₄^2-，则X为SO₄^2-，
故答案为：B；
②A为Ba（OH）₂，钡离子与氢氧根离子以离子键结合，O、H之间以共价键结合，故答案为：离子键、极性共价键；
③Na₂CO₃为强碱弱酸盐，水解呈碱性，且第一步水解大于第二步水解，则溶液中各离子浓度大小为c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
④0.02mol的Ba（OH）₂与0.01mol的Fe₂（SO₄）₃反应，即0.02mol Ba²⁺、0.04mol OH^-、0.02mol Fe³⁺、0.03molSO₄^2-，故生成0.02molBaSO₄和

0.04

3

mol Fe（OH）₃沉淀，计算得沉淀质量约为0.02mol×233g/mol+

0.04

3

mol×107g/mol=6.1g，故答案为：6.1g；
⑤D，E中的阳离子为Al³⁺、Mg²⁺，检验Al³⁺，可逐渐加入Ba（OH）₂溶液直至过量，若先出现白色沉淀后又逐渐溶解，因Al³⁺易水解，也可加入Na₂CO₃溶液，若产生了白色沉淀和无色无味的气体，
故答案为：往D的溶液中逐渐加入Ba（OH）₂溶液直至过量，若先出现白色沉淀后又逐渐溶解，则D中含有Al³⁺，E中含有Mg²⁺．（或往D的溶液中加入适量Na₂CO₃溶液若产生了白色沉淀和无色无味的气体，则D中含有Al³⁺，E中含有Mg²⁺．）
（3）管口附近有红棕色气体二氧化氮出现，可知D中含有NO₃^-，将投入装有足量D溶液的试管中，Cu不溶解；再滴加稀H₂SO₄，Cu逐渐溶解，发生的反应为3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：NO₃^-；3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．

点评：本题考查离子的共存，明确常见物质的溶解性来判断必须存在的物质是解答本题的关键，运用假设法和排除法进行筛选，即可判断出几种离子的组合，在计算④时，应注意量的问题，找出过量的离子，本题难度较大，考查学生的综合运用知识的能力．