Question

今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：K⁺、NH₄⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ba²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-，現取三份100mL溶液進行如下實驗：
①第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產生
②第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04mol
③第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質量為2.33g．
試回答下列問題
（1）由實驗②可知溶液中含有的離子為

NH₄⁺

，在100mL溶液中該離子的物質的量濃度為

0.4mol/L

（2）由實驗③可以判斷中溶液中含有的離子為

CO₃^2-，SO₄^2-

（3）由上述實驗信息判斷下列說法中正確的是

AC

A．K⁺一定存在            B．100mL溶液中含0.01mol CO₃^2-
C．Cl^-可能存在            D．Ba²⁺一定不存在，Mg²⁺可能存在．

Answer 1

分析：1、根據題意分析，第一份溶液加入AgNO₃溶液有沉淀產生，推得可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-．第二份溶液加足量NaOH溶液加熱后收集到氣體，推得一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．第三份溶液利用發生的離子反應，經過計算、推得一定存在CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在Ba²⁺；
2、根據溶液中陰陽離子的電荷守恒，即可推出K⁺一定存在，由K⁺物質的量的變化分析Cl^-的情況．

解答：解：根據題意，Ba²⁺和SO₄^2-，可發生離子反應生成BaSO₄沉淀，因此兩者不能大量共存．Ba²⁺和CO₃^2-可發生離子反應生成BaCO₃沉淀，因此兩者也不能大量共存．
第一份加入AgNO₃溶液有沉淀產生，可能發生Cl^-+Ag⁺═AgCl↓、CO₃^2-+2Ag⁺═Ag₂CO₃↓、SO₄^2-+2Ag⁺═Ag₂SO₄↓，所以可能含有Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-．
第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04mol，能和NaOH溶液加熱產生氣體的只能是NH₄⁺，而沒有沉淀產生說明一定不存在Mg²⁺（Mg²⁺可以和OH^-反應生產氫氧化鎂沉淀）．故可確定一定含有NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺．
根據反應NH₄⁺+OH^-

△   .

NH₃↑+H₂O，產生NH₃為0.04mol，可得NH₄⁺也為0.04mol．
第三份加足量BaCl₂溶液后，得干燥沉淀6.27g，經足量鹽酸洗滌．干燥后，沉淀質量為2.33g．部分沉淀溶于鹽酸為
BaCO₃，部分沉淀不溶于鹽酸為BaSO₄，發生反應CO₃^2-+Ba²⁺═BaCO₃↓、SO₄^2-+Ba²⁺═BaSO₄↓，
因為BaCO₃+2HCl═BaCl₂+CO₂↑+H₂O而使BaCO₃溶解．因此溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-，一定不存在Ba²⁺．
由條件可知BaSO₄為2.33g，物質的量=

2.33g

233g/mol

0.01mol，
BaCO₃為6.27g-2.33g=3.94g，物質的量=

3.94g

197g/mol

=0.02mol，
則CO₃^2-物質的量為0.02mol，CO₃^2-物質的量濃度=

0.02mol

0.1L

=0.2mol/L，
由上述分析可得，溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺．而CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物質的量分別為0.02mol、0.01mol、0.04mol，CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷分別為0.02mol×2、0.01mol×2，共0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.04mol，根據溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在；
（1）由實驗②可知溶液中含有的離子為NH₄⁺，濃度=

0.04mol

0.1L

=0.4mol/L，故答案為：NH₄⁺，0.4mol/L；
（2）由實驗③可以判斷中溶液中含有的離子為CO₃^2-，SO₄^2-，故答案為：CO₃^2-，SO₄^2-；
（3）由上述分析可得，溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，一定不存在Mg²⁺、Ba²⁺．而CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物質的量分別為
0.02mol、0.01mol、0.04mol，CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷分別為0.02mol×2、0.01mol×2，共0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.04mol；
A、根據溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在，K⁺物質的量≥0.02mol，當K⁺物質的量＞0.02mol時，溶液中還必須含有Cl^-，故A正確；
B、由上述分析可得，BaCO₃為6.27g-2.33g═3.94g，CO₃^2-物質的量為0.02mol，故B錯誤；
C、CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺物質的量分別為0.02mol、0.01mol、0.04mol，CO₃^2-、SO₄^2-所帶負電荷分別為0.02mol×2、0.01mol×2，共0.06mol，NH₄⁺所帶正電荷為0.04mol，根據溶液中電荷守恒，可知K⁺一定存在，且K⁺物質的量≥0.02mol，當K⁺物質的量＞0.02mol時，溶液中還必須存在Cl^-．因此當K⁺物質的量═0.02mol，溶液中不存在Cl^-，當K⁺物質的量＞0.02mol時，溶液中一定存在Cl^-，故C正確；
D、溶液中一定存在CO₃^2-、SO₄^2-、NH₄⁺，Ba²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-可發生離子反應生成BaCO₃↓、BaSO₄↓而不共存，因此Ba²⁺一定不存在．同時第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體，沒有產生沉淀，說明一定不含Mg²⁺，故D錯誤；
故選AC．

點評：本題考查離子的檢驗，采用定性實驗和定量計算分析相結合的模式，增大了解題難度，同時涉及離子共存、離子反應等都是解題需注意的信息，尤其是K⁺的確定易出現失誤．