Question

8．某化学研究性学习小组对某无色水样的成分进行检验，已知该水样中只可能含有K⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-中的若干种离子．该小组同学取100mL水样进行实验，向水样中先滴加硝酸钡溶液，再滴加2mol/L的硝酸，实验过程中沉淀质量的变化情况如图所示：
（1）水样中一定含有的阴离子是SO₄^2-、CO₃^2-，其物质的量浓度之比为1：2．
（2）写出BC段所表示反应的离子方程式：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O．
（3）由B到C点变化过程中消耗硝酸的体积为20mL．
（4）试根据实验结果推测K⁺是否存在？是（填“是”或“否”）；若存在，K⁺的物质的量浓度c（K⁺）的范围是≥0.6mol/L．（若K⁺不存在，则不必回答该问）．

Answer 1

分析 该水样为无色溶液，水样Fe³⁺、Cu²⁺不存在，依据图象分析加入硝酸钡溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解证明水样中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因为Al³⁺与CO₃^2-发生双水解，CO₃^2-与Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺发生反应生成沉淀不能大量存在，所以Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；依据电解质溶液中电荷守恒分析判断阳离子的存在，原溶液中可能含有Cl^-，依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在．

解答 解：该水样为无色溶液，水样Fe³⁺、Cu²⁺不存在，依据图象分析加入硝酸钡溶液生成沉淀，加入稀硝酸，沉淀部分溶解证明水样中一定含有SO₄^2-，CO₃^2-，又因为Al³⁺与CO₃^2-发生双水解，CO₃^2-与Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺发生反应生成沉淀不能大量存在，所以Al³⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺不存在；n（SO₄^2-）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，n（CO₃^2-）=n（BaCO₃）=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol，则c（SO₄^2-）：c（CO₃^2-）=1：2；原溶液中可能含有Cl^-，依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在；根据电荷守恒得到：0.01mol×2+0.02mol×2+n（Cl^-）=n（K⁺）推知n（K₊）≥0.06mol，则c（K⁺）≥0.06mol/L，
（1）水样中一定含有的阴离子是SO₄^2-，CO₃^2-；其物质的量浓度之比为1：2，
故答案为：SO₄^2-、CO₃^2-；1：2；
（2）BC段所表示反应是碳酸钡溶于稀硝酸的反应，反应的离子方程式：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案为：BaCO₃+2H⁺=Ba²⁺+CO₂↑+H₂O；
（3）由B到C点变化过程中依据图象分析得到的碳酸钡n（BaCO₃）=$\frac{6.27g-2.33g}{197g/mol}$=0.02mol，消耗稀硝酸物质的量为0.04mol，消耗硝酸的体积=$\frac{0.04mol}{2mol/L}$=0.02L=20mL，
故答案为：20mL；
（4）依据电解质溶液中电荷守恒，阳离子K⁺一定存在；根据电荷守恒0.01mol×2+0.02mol×2+n（Cl^-）=n（K⁺）推知：n（K⁺）≥0.06mol，则c（K⁺）≥$\frac{0.06mol}{0.1L}$=0.6mol/L，
故答案为：是；≥0.6mol/L．

点评 本题考查了离子反应及其计算，题目难度中等，明确常见离子的性质及检验方法为解答关键，注意掌握根据电荷守恒在判断离子存在的方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．