内容正文:
第2章 元素与物质世界
第5讲 离子共存 离子检验与推断
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第2章 元素与物质世界
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考点一
01
考点二
02
感悟高考真题
04
知能达标训练
05
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第2章 元素与物质世界
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第2章 元素与物质世界
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考点一 “四步”突破离子能否大量共存
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考点二 离子检验与推断
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白
不溶解
白
溶解
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红褐
蓝
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红
黄
紫
红
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白色
淡黄色
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无明显
白色
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溶解
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变浑浊
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刺激性气味
刺激性气味
品红溶液
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红
蓝
Br-
I-
蓝
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感悟高考真题
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知能达标训练
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第2章 元素与物质世界
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[课程标准]
1.能利用离子的性质,离子反应的实质判断离子在溶液中的共存情况。2.能利用物质性质完成简单的物质检验、分离、提纯任务。树立安全意识,合理使用化学品。
第一步:“细审题干关键点”
(1)注意“一定大量共存”“可能大量共存”“不能大量共存”“因发生氧化还原反应而不能大量共存”等关键点。
(2)注意:“透明溶液”意味着无难溶物和微溶物,但并不意味着溶液无色。
第二步:“分析限制条件”
(1)常见表示溶液呈酸性的表述。
①常温下,pH=1的溶液;②使pH试纸变红的溶液;③使甲基橙呈红色的溶液;④与镁粉反应放出氢气的溶液;⑤c(OH-)=1×10-14 mol·L-1的溶液。
(2)常见表示溶液呈碱性的表述。
①常温下pH=14的溶液;②使pH试纸变蓝的溶液;③使酚酞溶液变红的溶液;④c(H+)=1×10-14 mol·L-1的溶液。
(3)常见表示溶液既能呈酸性也能呈碱性的表述。
①与铝粉反应放出氢气的溶液;②常温下水电离出的c(OH-)=1×10-12 mol·L-1的溶液;③与NH4HCO3反应能产生气体的溶液。
(4)无色溶液:不含有Cu2+、Fe3+、Fe2+、MnOeq \o\al(-,4)、Cr2Oeq \o\al(2-,7)等。
第三步:“抓住反应发生条件”
(1)清楚生成气体、沉淀、弱电解质的复分解反应。
(2)特别注意常见的氧化还原反应。
(3)熟记相互促进水解反应。
(4)牢记能发生的络合反应。
第四步:“注意特殊情况”
(1)S2-与SOeq \o\al(2-,3)在碱性条件下可以共存,但在酸性条件下则会发生氧化还原反应而不能大量共存。
(2)NOeq \o\al(-,3)在碱性和中性环境中没有氧化性,在酸性环境中具有氧化性。
(3)ClO-在酸性、中性和碱性环境中均有较强的氧化性。
(1)在做有关离子共存题目时,还应注意题干中的“关键词”,如:
①“一定大量共存”还是“可能大量共存”。
②“透明溶液”还是“无色透明溶液”,CuSO4溶液为蓝色透明溶液,NaCl为无色透明溶液。
③“酸性”“碱性”或其他指定离子。
(2)常见有颜色的离子:Cu2+、Fe3+、Fe2+、CrOeq \o\al(2-,4)、MnOeq \o\al(-,4)、[Fe(SCN)6]3-等。
判断离子共存,注意附加条件
1.某无色透明溶液中,下列各组离子能大量共存的是( )
A.Al3+、Na+、HCOeq \o\al(-,3)、Br-
B.Ba2+、K+、OH-、NOeq \o\al(-,3)
C.Ca2+、K+、COeq \o\al(2-,3)、NOeq \o\al(-,3)
D.H+、MnOeq \o\al(-,4)、Cl-、I-
解析 Al3+、HCOeq \o\al(-,3)会发生反应产生Al(OH)3沉淀和CO2气体,不能大量共存;Ca2+、COeq \o\al(2-,3)会反应产生CaCO3沉淀,不能大量共存;MnOeq \o\al(-,4)显紫色,在无色溶液中不能大量存在;且H+、MnOeq \o\al(-,4)、Cl-、I-会发生氧化还原反应,不能大量共存。
答案 B
2.室温下,下列各组离子一定能与指定溶液共存的是( )
A.0.2 mol·L-1的NH4Cl溶液:Na+、K+、SOeq \o\al(2-,4)、SiOeq \o\al(2-,3)
B.0.1 mol·L-1的FeCl3溶液:NHeq \o\al(+,4)、Ca2+、Br-、SCN-
C.0.2 mol·L-1的H2SO4溶液:Mg2+、Fe2+、NOeq \o\al(-,3)、Cl-
D.0.1 mol·L-1的Ba(OH)2溶液:Na+、K+、Cl-、ClO-
答案 D
1.常见阳离子的检验与推断依据
根据离子性质不同而在实验中所表现出的现象不同,可以把检验离子的方法归纳为三种类型:①生成沉淀;②生成气体;③显现特殊颜色。
(1)依据生成的沉淀检验或推断
阳离子
试剂
实验现象(证据)
Mg2+
NaOH溶液
开始产生______色沉淀,NaOH溶液过量沉淀__________
Al3+
NaOH溶液
开始产生______色沉淀,NaOH溶液过量沉淀________
Fe2+
NaOH溶液
先产生______色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为________色
K3[Fe(CN)6]
(铁氰化钾)溶液
产生______色沉淀
Fe3+
NaOH溶液
产生________色沉淀
Cu2+
NaOH溶液
产生______色沉淀
(2)依据生成的气体检验或推断
NHeq \o\al(+,4)
eq \o(——————→,\s\up17(浓NaOH溶液),\s\do15(加热))产生使湿润的红色石蕊试纸________的气体。
(3)依据显示特殊颜色检验或推断
阳离子
试剂或方法
实验现象(证据)
H+
紫色石蕊溶液
溶液变______
Na+
焰色试验
______色火焰
K+
焰色试验
______色火焰(透过蓝色钴玻璃)
Fe3+
KSCN溶液
溶液呈______色
Fe2+
先加KSCN溶液再加氯水
先无明显变化,后变______色
2.常见阴离子的检验与推断依据
(1)依据生成的沉淀检验或推断
阴离子
试剂
实验现象(证据)
Cl-
Br-
I-
AgNO3溶液
和稀HNO3
产生________沉淀:AgCl
产生__________沉淀:AgBr
产生________沉淀:AgI
SOeq \o\al(2-,4)
稀盐酸和
BaCl2溶液
加稀盐酸__________现象,再加BaCl2溶液产生________沉淀
COeq \o\al(2-,3)
CaCl2溶液
和稀盐酸
加CaCl2溶液产生________沉淀,再加稀盐酸沉淀________,产生无色________气体
(2)依据生成的气体检验或推断
阴离子
试剂
实验现象(证据)
COeq \o\al(2-,3)
稀盐酸和澄清石灰水
产生无色、无味能使澄清石灰水__________的气体
HCOeq \o\al(-,3)
稀盐酸和澄清石灰水
产生无色、无味能使澄清石灰水__________的气体
SOeq \o\al(2-,3)
稀H2SO4和品红溶液
加稀硫酸产生有______________的气体,且气体能使品红溶液褪色
HSOeq \o\al(-,3)
稀H2SO4和品红溶液
加稀硫酸产生有______________的气体,且气体能使____________褪色
(3)依据显示的特殊颜色检验或推断
②eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\co1(Br-,I-))
eq \o(——→,\s\up17(氯水),\s\do15(CCl4))
eq \a\vs4\al(有机层,下层)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(橙红色,表明有_______,紫红色,表明有______))
③I-eq \o(————————→,\s\up17(①氯水或H2O2),\s\do15(②淀粉溶液))溶液变______,表明有I-
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.向某溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成,再加入稀盐酸,沉淀不消失,则溶液中一定存在SOeq \o\al(2-,4)( )
2.向某溶液中加入Ba(NO3)2溶液,产生不溶于稀HNO3的白色沉淀,则溶液中一定存在SOeq \o\al(2-,4)( )
3.向某溶液中加入Ca(OH)2溶液,有白色沉淀生成,则溶液中一定存在COeq \o\al(2-,3)( )
4.某溶液的焰色试验呈黄色,则溶液中一定有钠元素,不能确定是否有钾元素( )
5.无色溶液加入CCl4无现象,滴加氯水后CCl4层呈紫红色,则溶液中一定存在I-( )
6.向某溶液中加入稀盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,溶液中一定存在COeq \o\al(2-,3)( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.√ 6.×
常见离子的检验及干扰因素的识别
1.下列关于离子检验的说法正确的是( )
A.检验溶液中是否含有Ba2+:取少量待测液,向其中加入少量稀硫酸,若有白色沉淀产生,则溶液中含有Ba2+
B.检验用硫酸亚铁制得的硫酸铁中是否含有硫酸亚铁,可选用的试剂是酸性KMnO4溶液
C.检验溶液中是否含有COeq \o\al(2-,3):取少量待测液,向其中加入适量稀盐酸,观察是否有大量气泡产生
D.在未知溶液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀,加稀硝酸,沉淀不溶解,说明该未知溶液中存在SOeq \o\al(2-,4)或SOeq \o\al(2-,3)
解析 如果溶液中含有Ca2+、Ag+等,向其中加入少量稀硫酸,会有硫酸钙、硫酸银等白色沉淀产生,所以不能确定溶液中含有Ba2+,A项错误;硫酸亚铁可将酸性KMnO4还原而使酸性KMnO4溶液褪色,B项正确;HCOeq \o\al(-,3)、SOeq \o\al(2-,3)、HSOeq \o\al(-,3)遇稀盐酸也可产生大量气泡,C项错误;若存在 Ag+,加入BaCl2溶液会产生氯化银白色沉淀,D项错误。
答案 B
2.下列离子在未知溶液中的检验方法正确的是( )
选项
离子
检验方法
A
COeq \o\al(2-,3)
向样品中加入足量盐酸,将生成的无色无味的气体通入澄清石灰水中,观察溶液是否变浑浊
B
SOeq \o\al(2-,4)
向样品中先加入稀硝酸酸化,再滴加氯化钡溶液,观察是否有白色沉淀生成
C
Fe2+
取少量溶液于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,观察溶液紫色是否褪去
D
I-
取少量溶液于试管中,加入新制氯水,再加入淀粉溶液,观察溶液是否变蓝色
解析 A项,HCOeq \o\al(-,3)会产生干扰,错误;B项,SOeq \o\al(2-,3)会产生干扰,错误;C项,使酸性高锰酸钾溶液褪色的不一定是Fe2+,如SOeq \o\al(2-,3)等,错误;D项,新制氯水能把I-氧化成I2,淀粉遇碘变蓝,因此可以检验I-的存在,正确。
答案 D
离子检验中的常见干扰离子以及排除措施
待检离子
干扰离子
排除措施
Cl-
SOeq \o\al(2-,4)
加过量的Ba(NO3)2溶液
COeq \o\al(2-,3)
加稀硝酸酸化
OH-
SOeq \o\al(2-,4)
COeq \o\al(2-,3)
加盐酸酸化
SOeq \o\al(2-,3)
Ag+
SOeq \o\al(2-,3)
COeq \o\al(2-,3)
加盐酸后将产生的气体通入品红溶液中,溶液褪色
COeq \o\al(2-,3)
SOeq \o\al(2-,3)
加硝酸后将产生的无色无味气体通入澄清石灰水中,溶液变浑浊
离子推断
3.查找资料得知:溴水显橙黄色,碘水显棕黄色;还原性:Br-< Fe2+<I-<SOeq \o\al(2-,3)。有一未知无色溶液可能含有K+、Fe2+、SOeq \o\al(2-,4)、I-、SOeq \o\al(2-,3)中的一种或者几种,现做以下实验:
①取部分溶液于试管中,加入少量溴水,振荡,溶液呈无色;②向①的溶液中加入过量氯化钡溶液,产生白色沉淀,再加过量稀硝酸,沉淀不溶解;③取少量②的溶液,滴入足量AgNO3溶液,有沉淀生成。
下列关于该溶液组成的判断正确的是( )
A.肯定含有SOeq \o\al(2-,3),肯定不含Fe2+、I-,可能含有K+、SOeq \o\al(2-,4)
B.肯定含有SOeq \o\al(2-,4),肯定不含Fe2+、I-,可能含有K+、SOeq \o\al(2-,3)
C.肯定含有K+、SOeq \o\al(2-,3),肯定不含Fe2+,可能含有SOeq \o\al(2-,4)、I-
D.肯定含有SOeq \o\al(2-,4)、SOeq \o\al(2-,3),肯定不含Fe2+、I-,可能含有K+
解析 由溶液为无色溶液可知,溶液中一定不含有Fe2+;①由于SOeq \o\al(2-,3)的还原性强于I-,加入少量溴水溶液呈无色,说明溶液中一定含有SOeq \o\al(2-,3),不能确定是否存在I-;②向①的溶液中加入过量氯化钡溶液,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀是BaSO4,该沉淀可能是由SOeq \o\al(2-,3)被溴水氧化生成SOeq \o\al(2-,4)反应产生的,因此不能确定是否含有SOeq \o\al(2-,4);③向①的溶液中加入过量氯化钡溶液时,引入了Cl-,则少量②的溶液滴入足量硝酸银溶液,有AgBr和AgCl沉淀生成,由电荷守恒可知,溶液中一定存在K+,综上可知,溶液中一定存在K+和SOeq \o\al(2-,3),肯定不存在Fe2+,可能存在I-和SOeq \o\al(2-,4),故选C。
答案 C
4.已知1 L某待测液中除含有0.2 mol·L-1 Na+外,还可能含有下列离子中的一种或几种:
阳离子
K+、NHeq \o\al(+,4)、Mg2+、Ba2+、Fe3+
阴离子
Cl-、Br-、COeq \o\al(2-,3)、HCOeq \o\al(-,3)、SOeq \o\al(2-,4)
现进行如下实验操作(每次实验所加试剂均过量):
(1)由气体B可确定待测液中含有的离子是________。
(2)由沉淀D和沉淀E可以判断待测液中一定含有的离子是________,据此可以排除的离子是________。
(3)由白色沉淀B可确定待测液中含有的离子是__________。
(4)某同学读图后,认为待测液中一定不含溴离子,他判断的依据是
__________________________________________________________。
(5)综合分析,待测液中K+的最小浓度为________。
解析 待测液与BaCl2溶液反应生成滤液A和沉淀A,沉淀A与稀硝酸反应生成白色沉淀D和无色气体D,无色气体D与石灰水反应生成白色沉淀E,则待测液中一定含有SOeq \o\al(2-,4)和COeq \o\al(2-,3),结合离子共存的条件可知待测液中一定不存在Mg2+、Ba2+、Fe3+;滤液A与NaOH反应生成的气体B为NH3,同时还生成了白色沉淀B,则待测液中一定含有NHeq \o\al(+,4)、HCOeq \o\al(-,3);根据向溶液B中通入氯气,溶液呈浅黄绿色和向溶液B中滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,出现白色沉淀可知,待测液中一定不存在Br-;由于实验过程中加入了BaCl2溶液,因此由白色沉淀C无法确定待测液中是否含有Cl-。
(5)结合题中数据可知待测液中n(NHeq \o\al(+,4))=0.1 mol,n(HCOeq \o\al(-,3))= n(BaCO3)沉淀B=eq \f(19.7 g,197 g·mol-1)=0.1 mol,n(COeq \o\al(2-,3))=n(CaCO3)沉淀E=eq \f(10.0 g,100 g·mol-1)=0.1 mol,n(SOeq \o\al(2-,4))=n(BaSO4)沉淀D=eq \f(11.65 g,233 g·mol-1)=0.05 mol,n(Na+)+n(NHeq \o\al(+,4))=0.2 mol+0.1 mol=0.3 mol,2n(COeq \o\al(2-,3))+2n(SOeq \o\al(2-,4))+n(HCOeq \o\al(-,3))=0.4 mol,根据电荷守恒知待测液中一定含有K+。若待测液中不含Cl-,则n(K+)=0.1 mol;若待测液中含有Cl-,则n(K+)>0.1 mol,所以c(K+)≥0.1 mol·L-1。
答案 (1)NHeq \o\al(+,4) (2)COeq \o\al(2-,3)、SOeq \o\al(2-,4) Mg2+、Ba2+、Fe3+ (3)HCOeq \o\al(-,3)
(4)向溶液B中通入氯气,溶液呈浅黄绿色(或向溶液B中滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,出现白色沉淀)
(5)0.1 mol·L-1
离子推断的“四项基本原则”
1.(2022·湖北卷)下列各组离子在给定溶液中能大量共存的是( )
A.在0.1 mol·L-1氨水中:Ag+、Cu2+、NOeq \o\al(-,3)、SOeq \o\al(2-,3)
B.在0.1 mol·L-1氯化钠溶液中:Fe3+、I-、Ba2+、HCOeq \o\al(-,3)
C.在0.1 mol·L-1醋酸溶液中:SOeq \o\al(2-,4)、NHeq \o\al(+,4)、Br-、H+
D.在0.1 mol·L-1硝酸银溶液中:K+、Cl-、Na+、COeq \o\al(2-,3)
解析 氨水显碱性,会与Ag+、Cu2+反应,不能大量共存,A错误;Fe3+、I-会发生氧化还原反应,不能大量共存,B错误;硝酸银中的银离子会与氯离子反应生成沉淀,不能大量共存,D错误。
答案 C
2.(2021·湖南卷)对下列粒子组在溶液中能否大量共存的判断和分析均正确的是( )
粒子组
判断和分析
A
Na+、Al3+、Cl-、NH3·H2O
不能大量共存,因发生反应:Al3++4NH3·H2O===AlOeq \o\al(-,2)+4NHeq \o\al(+,4)+2H2O
B
H+、K+、S2Oeq \o\al(2-,3)、SOeq \o\al(2-,4)
不能大量共存,因发生反应:2H++S2Oeq \o\al(2-,3)===S↓+SO2↑+H2O
C
Na+、Fe3+、SOeq \o\al(2-,4)、H2O2
能大量共存,粒子间不反应
D
H+、Na+、Cl-、MnOeq \o\al(-,4)
能大量共存,粒子间不反应
解析 Al3+和NH3·H2O生成Al(OH)3沉淀而不是生成AlOeq \o\al(-,2),故A错误;S2Oeq \o\al(2-,3)和H+反应生成单质硫、二氧化硫和水,离子方程式为:2H++S2Oeq \o\al(2-,3)===S↓+SO2↑+H2O,故B正确;Fe3+可以将H2O2氧化得Fe2+和O2,不能大量共存,故C错误;在酸性条件下MnOeq \o\al(-,4)能将Cl-氧化为Cl2,不能大量共存,故D错误。
答案 B
3.(2022·广东卷)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是( )
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
解析 镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀,则将其放入到酸化的3% NaCl溶液中,会构成原电池,由于锌比铁活泼,作原电池的负极,而铁片作正极,溶液中破损的位置会变大,铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气,溶液中会有亚铁离子生成,据此分析解答。氯化钠溶液中始终存在氯离子,所以加入硝酸银溶液后,不管铁片是否被腐蚀,均会出现白色沉淀,故A不符合题意;淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质,但不论铁片是否被腐蚀,均无氧化性物质和碘化钾发生反应,故B不符合题意;KSCN溶液可检测铁离子的存在,上述现象中不会出现铁离子,所以无论铁片是否被腐蚀,加入KSCN溶液后,均无红色出现,故C不符合题意;K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2+的试剂,若铁片没有被腐蚀,则溶液中不会生成亚铁离子,则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀,故D符合题意。
答案 D
4.(2021·广东卷节选)某氯水久置后不能使品红溶液褪色,可推测氯水中________已分解。检验此久置氯水中Cl-存在的操作及现象是_____________________________________。
答案 HClO 取少量样品于试管中,加入稀硝酸,再滴加AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,则证明样品中含有Cl-
5.(2022·浙江卷)化合物X由三种元素组成,某实验小组按如下流程进行相关实验:
化合物X在空气中加热到800 ℃,不发生反应。
请回答:
(1)组成X的三种元素为________;X的化学式为________。
(2)溶液C的溶质组成为________(用化学式表示)。
(3)①写出由X到A的化学方程式______________________________。
②X难溶于水,但可溶于氨水中,写出该反应的离子方程式____________________________________________________。
(4)设计实验,检验尾气中相对活泼的2种气体______________ ________________________________________________。
解析 化合物X由三种元素组成,在加热条件下和足量氨气反应生成固体混合物A,A和盐酸反应生成0.960 g紫红色固体应该是Cu,无色溶液B中加入0.015 mol稀硫酸生成白色沉淀1.165 g应该是BaSO4,无色溶液C中加入足量BaCl2溶液生成白色沉淀2.330 g是BaSO4,据此解答。
(1)根据以上分析可知Cu的物质的量是0.960 g÷64 g/mol=0.015 mol,第一次生成硫酸钡的物质的量是1.165 g÷233 g/mol=0.005 mol,第二次生成硫酸钡的物质的量是2.33 g÷233 g/mol=0.01 mol,因此1.965 g X中一定含有0.960 g Cu,Ba的质量是0.005 mol×137 g/mol=0.685 g,二者质量之和是1.645 g<1.965 g,相差0.32 g,根据原子守恒可知应该是氧元素,物质的量是0.32 g÷16 g/mol=0.02 mol,则Ba、Cu、O三种原子的个数之比是1∶3∶4,所以组成X的三种元素为Ba、Cu、O,X的化学式为BaCu3O4。
(2)根据氯原子守恒以及溶液C仍然能与氯化钡反应生成硫酸钡可知溶液C的溶质组成为HCl、H2SO4。
(3)①反应中Cu元素化合价降低,得到电子,则氨气中氮元素化合价升高,被氧化生成氮气,根据原子守恒可知由X到A的化学方程式为2NH3+BaCu3O4eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do15( ))Ba(OH)2+3Cu+N2+2H2O。②X难溶于水,但可溶于氨水中,说明有[Cu(NH3)4]2+生成,所以该反应的离子方程式为BaCu3O4+12NH3·H2O===3[Cu(NH3)4]2++Ba2++8OH-+8H2O。
(4)反应中氨气可能过量,高温下水是气态,氮气性质稳定,所以需要检验的是氨气和水蒸气,实验方案为:将湿润的红色石蕊试纸置于尾气出口,若变蓝,说明尾气中有NH3;将尾气通入冷的集气瓶中,若有液珠,说明有H2O。
答案 (1)Ba、Cu、O BaCu3O4
(2)HCl、H2SO4
(3)①2NH3+BaCu3O4eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do15( ))Ba(OH)2+3Cu+N2+2H2O ②BaCu3O4+12NH3·H2O===3[Cu(NH3)4]2++Ba2++8OH-+8H2O
(4)将湿润的红色石蕊试纸置于尾气出口,若变蓝,说明尾气中有NH3;将尾气通入冷的集气瓶中,若有液珠,说明有H2O
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