第05讲 离子共存　离子的检验和推断（讲）-2022年高考化学一轮复习讲练测

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【考情分析】
本讲内容中的离子共存问题在近年的新课标高考中几乎没有考过，但离子检验与推断在浙江新高考中近年又有考查，题型为选择题或主观填空题。离子在溶液中是否能大量共存的判断主要涉及是否发生复分解反应、是否能发生氧化还原反应、是否发生水解反应以及能否发生络合反应等4个方面知识的考查；
本讲内容中的离子的检验是考纲要求的重要考点，也是每年高考命题的重要出题点。教材中介绍了Cl－、COeq \\al(2－,3)、SOeq \\al(2－,4)、Na＋、K＋、Fe3＋、NHeq \\al(＋,4)的检验方法，而高考命题则将这些知识点以选择题的形式考查溶液中所含离子的检验及物质的鉴别，以填空题的形式考查检验离子的实验方案设计及溶液中所含离子的推断。命题将侧重于离子检验时排除其他离子可能造成的干扰及简答题的答题规范和实验方案的设计。
【核心素养分析】
宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观相结合的视角理解化学反应和离子反应，并运用离子反应解决实际问题。
证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征；能运用正确的模型理解离子的检验与推断的规律。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 离子共存
1.离子共存的本质
几种离子在同一溶液中能大量共存，就是指离子之间不发生任何反应；若离子之间能发生反应，则不能大量共存。
2.离子不能大量共存的原因
(1)离子之间相互结合生成难溶物质。如Ca2+和CO32−生成CaCO3,H+和SiO32−生成H2SiO3,Cu2+和OH-生成Cu(OH)2等。
(2)离子之间相互结合生成气态物质。如H+和S2-生成H2S,H+和HCO3-生成CO2等。
(3)离子之间相互结合生成弱电解质。如H+与CH3COO-、OH-、PO43−等分别结合生成弱电解质CH3COOH、H2O、H3PO4等。
(4)离子之间彼此促进水解。如Al3+、Fe3+分别与AlO2-、HCO3-、CO32−、S2-等发生相互促进的水解反应生成沉淀或气体。
(5)离子之间发生氧化还原反应。如Fe2+、S2-、I-、SO32−分别与NO3-(H+)、ClO-因发生氧化还原反应而不能大量共存;Fe3+与S2-、I-等因发生氧化还原反应而不能大量共存。
(6)离子之间能发生络合反应。如Fe3+和SCN-不能大量共存。
3.判断离子能否大量共存的“六个要点”
(1)一色——溶液颜色
几种常见离子的颜色：
(2)二性——溶液的酸碱性
①在强酸性溶液中，OH－及弱酸根阴离子(如AlOeq \\al(－,2)、ClO－、CH3COO－、SOeq \\al(2－,3)、COeq \\al(2－,3)、S2－等)不能大量存在。
②在强碱性溶液中，H＋及弱碱阳离子(如NHeq \\al(＋,4)、Mg2＋、Al3＋、Cu2＋、Ag＋、Fe3＋、Fe2＋等)不能大量存在。
注：1)常见表示呈酸性的溶液
①常温下，pH＜7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；⑤常温下，c(OH－)＜1×10－7 ml·L－1的溶液。
2)常见表示呈碱性的溶液
①常温下，pH＞7的溶液；②使pH试纸变蓝的溶液；③使酚酞溶液变红的溶液；④常温下，c(H＋)＜1×10－7 ml·L－1的溶液。
3)常见表示可能呈酸性也可能呈碱性的溶液
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 ml·L－1的溶液；③与NH4HCO3反应能产生气体的溶液。（附：常见既与酸反应又与碱反应的离子：HCOeq \\al(－,3)、HS－、HSOeq \\al(－,3)、H2POeq \\al(－,4)。）
(3)三特殊——三种特殊情况：
①AlOeq \\al(－,2)与HCOeq \\al(－,3)不能大量共存：AlOeq \\al(－,2)＋HCOeq \\al(－,3)＋H2O===Al(OH)3↓＋COeq \\al(2－,3)。
②“NOeq \\al(－,3)＋H＋”组合具有强氧化性，能与S2－、Fe2＋、I－、SOeq \\al(2－,3)等还原性的离子发生氧化还原反应而不能大量共存。
③NHeq \\al(＋,4)与CH3COO－、COeq \\al(2－,3)，Mg2＋与HCOeq \\al(－,3)等组合中，虽然两种离子都能水解且水解相互促进，但总的水解程度仍很小，它们在溶液中仍能大量共存。
(4)四反应——四种反应类型
四反应是指离子间通常能发生的四种类型的反应，能相互反应的离子显然不能大量共存。
①复分解反应：如Ba2＋与SOeq \\al(2－,4)，NHeq \\al(＋,4)与OH－，H＋与CH3COO－等。
②氧化还原反应：如Fe3＋与I－、S2－，NOeq \\al(－,3)(H＋)与Fe2＋等。
③相互促进的水解反应：如Al3＋与COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)或AlOeq \\al(－,2)等。
④络合反应：如Fe3＋与SCN－等。
(5)注意特定情况下的隐含因素
充分考虑指定微粒或物质对溶液酸碱性、氧化性和还原性的影响，如：
①含有大量Fe3＋的溶液，隐含溶液呈酸性，并具有较强氧化性。
②含有大量NOeq \\al(－,3)的酸性溶液，隐含溶液具有强氧化性。
③含有大量S2－、SOeq \\al(2－,3)的溶液，隐含不是酸性溶液。
④含有大量AlOeq \\al(－,2)的溶液，隐含是碱性溶液。
(6)掌握4种氧化性离子与7种还原性离子
(1)氧化性离子：MnOeq \\al(－,4)(H＋)、Fe3＋、NOeq \\al(－,3)(H＋)、ClO－。
(2)还原性离子：I－、Fe2＋、SOeq \\al(2－,3)、S2－、HSOeq \\al(－,3)、HS－、Br－。
智能点二 离子的检验
1.常见离子的检验方法
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。
2.离子检验中的常见干扰离子以及排除措施
说明：
（1）向某溶液中加入BaCl2溶液后生成白色沉淀，再加入稀盐酸沉淀不消失，不能判断原溶液中一定存在SOeq \\al(2－,4)，若原溶液中存在Ag＋，也有相同的现象。
（2）向某溶液中加入Ca(OH)2溶液，有白色沉淀生成，不能判断原溶液中一定存在COeq \\al(2－,3)，若原溶液中存在SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)、HCOeq \\al(－,3)等，也有相同的现象。
（3）向某溶液中滴入稀盐酸，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，不能判断原溶液中一定存在COeq \\al(2－,3)，若原溶液中存在HCOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)等，也有相同的现象。
（4）向某溶液中滴入BaCl2溶液，产生白色沉淀，再加入稀HNO3，白色沉淀不溶解，不能确定原溶液中一定存在SOeq \\al(2－,4)，若原溶液中存在SOeq \\al(2－,3)和Ag＋，也有相同的现象。
（5）向某溶液中滴加氯水，再加入KSCN溶液，溶液变红色，原溶液中不一定存在Fe2＋，检验Fe2＋时，应先加KSCN，再加氯水，否则，Fe3＋干扰结果的判断。
（6）做某溶液的焰色反应实验，火焰呈黄色，溶液中一定存在Na＋，也可能存在K＋，因为钾的焰色反应必须透过蓝色钴玻璃才能观察到。
3.离子检验的规范答题
实验操作(取少量或适量待检溶液于试管中，加入……试剂，再加入……试剂)
⇓
现象描述(①溶液由……变为……，②有……生成，③没有……等)
⇓
得出结论(如“若……说明……，若……说明……”)
智能点三 离子推断
利用离子反应进行物质的推断是推断题中的一种重要题型，它既考查了常见离子的典型性质，又考查了考生的推断能力。这类试题常将物质拆分为离子，通过实验并根据其现象推断出相关物质。解答此类试题，易出现一错全错的连锁错误，因此，解答的关键是依据题目表述的现象和离子的性质，初步推出可能的物质，然后逐步分析，从而得出正确的结果。
1、物质检验的一般步骤
eq \x(观察物理性质)eq \x(取少量样品)eq \x(加入某种试剂)eq \x(加热、振荡等操作)eq \x(根据现象)eq \x(得出结论)
2、物质检验的一般依据
任何具有明显实验现象差异的物理性质、化学性质都可作为物质检验的依据。在物质鉴定过程中常常是根据颜色的变化、是否有气体产生、能否溶解、有无沉淀、有无吸热或放热等现象来判断；还可以根据能不能产生某个现象来判断，也可以根据产生某个现象的快慢进行判断。
【特别提醒】必须注意两点：
（1）所加试剂引入的离子对后续实验的影响；
（2）用电荷守恒判断溶液中还可能含有的离子时要将定性与定量的方法相结合。
3.离子推断的“四项基本原则”
(1)肯定原则：根据实验现象推出溶液中肯定存在或肯定不存在的离子(记住几种常见的有色离子：Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、MnOeq \\al(－,4)、CrOeq \\al(2－,4)、Cr2Oeq \\al(2－,7))。
(2)互斥原则：在肯定某些离子存在的同时，结合离子共存规律，否定一些离子的存在(注意题目中的隐含条件，如酸性、碱性、指示剂的颜色变化、与铝反应产生H2、水的电离情况等)。
(3)电中性原则：溶液呈电中性，溶液中有阳离子，必有阴离子，且溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等(这一原则可帮助我们确定一些隐含的离子)。
(4)进出原则：通常是在实验过程中使用，是指在实验过程中反应生成的离子或引入的离子对后续实验的干扰。
4.电荷守恒在定量型离子推断试题中的应用
离子定量推断试题常根据离子的物质的量(或浓度)定量推断最后一种离子的存在：如果多种离子共存，且只有一种离子的物质的量未知，可以用电荷守恒来确定最后一种离子是否存在，即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。
5.离子推断常见解题思路
离子推断题将离子共存、离子检验设定在一个可能的离子组中,要求通过多重推断,确定某些离子肯定存在,某些离子肯定不存在,某些离子不能确定是否存在,有的最后还设置一个探究问题或者一个计算题。其一般解题思路如下所示:
eq \x(\a\al(根据实验操作和反应现,象，判断一定含有的离子))→eq \x(\a\al(根据能否共存，判,断一定不含的离子))→eq \x(\a\al(根据电荷守恒，判断还含有,的离子或可能含有的离子))
【典例剖析】
高频考点1 考查离子大量共存的判断
例1．（2021·辽宁高三二模）下列各组离子中，在指定环境中一定能大量共存的是
A．加入酚酞变红的溶液中：、、、、
B．能使试纸变深红的溶液中：、、、
C．溶液中：、、、
D．澄清透明的中性溶液：、、、
【变式训练1】（颜色限定的离子共存）（2021·湖南株洲市·高三一模）常温下，无色溶液能大量共存的离子是
A．Ba2+、MnO、K+、Cl-B．OH–、Na+、Al3+、SO
C．H+、 NO、CO、K+D．SO 、Mg2+、Br–、NH
【变式训练2】（酸碱性限定的离子共存）（2021·全国高三）常温下，下列各组离子在指定溶液中可能大量共存的是
A．的溶液中：、、、
B．的溶液中：、、、
C．使酚酞变红色的溶液：、、、
D．由水电离的的溶液中：、、、
【变式训练3】（特定条件下的离子共存）（2021·辽宁沈阳市·高三一模）向、的混合溶液中逐滴加入稀盐酸，生成气体的量随的量的变化关系如图所示，则下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是
A．点对应的溶液中：、、、
B．点对应的溶液中：、、、
C．点对应的溶液中：、、、
D．点对应的溶液中：、、、
高频考点2 考查离子检验的规范表达
例2.(NH4)2SO4是常用的化肥和化工原料，受热易分解。某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】(NH4)2SO4在260 ℃和400 ℃时分解产物不同。
【实验探究】该小组拟选用下图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)。
连接装置A→D→B，检查气密性，按图示重新加入试剂。通入N2排尽空气后，于400 ℃加热装置A至(NH4)2SO4完全分解无残留物，停止加热，冷却，停止通入N2。观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。经检验，该白色固体和装置D内溶液中有SOeq \\al(2－,3)，无SOeq \\al(2－,4)。进一步研究发现，气体产物中无氮氧化物。
检验装置D内溶液中有SOeq \\al(2－,3)，无SOeq \\al(2－,4)的实验操作和现象是_______________________。
【变式训练】为了探究AgNO3的氧化性，某化学兴趣小组设计了如下实验。
将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag＋除尽后，进行了如下实验，可选用试剂：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。
请完成下表：
【实验结论】 Fe的氧化产物为Fe2＋和Fe3＋。
高频考点3 考查离子推断
例3.(2020·海南三亚中学模拟)某无色溶液中可能含有①Na＋、②Ba2＋、③Cl－、④Br－、⑤SOeq \\al(2－,3)、⑥SOeq \\al(2－,4)、⑦Fe2＋中的几种离子，依次进行下列实验，且每步所加试剂均过量，观察到的现象如下：
下列结论正确的是( )
A．肯定含有的离子是①④⑤
B．肯定没有的离子是②⑤⑦
C．可能含有的离子是①②⑥
D．不能确定的离子是①③⑥
【变式训练1】（常见物质的检验）（2020·浙江金华市·高三一模）某固体混合物W可能含有NH4Cl、Na2SiO3、Na2SO3、CuSO4、AlCl3、FeCl3、MgSO4中的一种或多种，现进行如下实验：
①往W中加足量浓NaOH溶液，得到白色沉淀A和溶液B，并有刺激性气昧的气体生成；②往溶液B加入一定量的稀硝酸，得到气体C、溶液D与沉淀E。
下列说法合理的是
A．W中一定存在NH4Cl、Na2SiO3、Na2SO3与MgSO4
B．沉淀A与沉淀E可能相同
C．气体C为SO2
D．B、D溶液中阳离子种类可能完全相同
【变式训练2】（离子共存在离子推断中的应用）（2020·天津静海区·静海一中高三月考）某溶液含有K＋、Fe3＋、SO、CO、I－中的几种。取样，滴加KSCN溶液后显血红色。为确定该溶液的组成，还需检验的离子是( )
A．K＋B．I－C．SOD．CO
【变式训练3】（离子的定性推断）（2021·上海闵行区·高三二模）某溶液可能含有等物质的量的Ba2＋、Na＋、、H＋、Cl-、I-、、中的几种，向该溶液中滴加少量新制氯水，所得溶液为无色。判断不正确的是
A．肯定不含B．肯定不含H＋
C．肯定含有D．肯定不含Cl-
【变式训练4】（离子的定量推断）（2021·上海市南洋模范中学高三月考）某试液中只可能含有K＋、NH、Fe2＋、Al3＋、Cl－、SO、CO、AlO中的若干种离子，离子浓度均为0.1ml·L−1，某同学进行了如下实验，下列说法正确的是
A．无法确定原试液中是否含有Al3＋、Cl－
B．原溶液中存在NH、Fe2＋、Cl－、SO
C．无法确定沉淀C的成分
D．滤液X中大量存在的阳离子有NH 、Fe2＋和Ba2+
离子
Cu2＋
Fe3＋
Fe2＋
MnOeq \\al(－,4)
溶液颜色
蓝色
棕黄色
浅绿色
紫红色
离子
试剂
现象
注意
Cl－、Br－、I－
AgNO3溶液和稀HNO3
AgCl(白色)、AgBr(淡黄色)、AgI(黄色)
SOeq \\al(2－,4)
稀盐酸和BaCl2溶液
白色沉淀
先用稀盐酸酸化
Fe2＋
NaOH溶液
白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀
Fe3＋
NaOH溶液
红褐色沉淀
NHeq \\al(＋,4)
浓NaOH溶液和湿润的红色石蕊试纸
产生有刺激性气味的气体，且该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝
需加热
COeq \\al(2－,3)
稀盐酸和澄清石灰水
产生无色无味气体，且该气体能使澄清石灰水变浑浊
SOeq \\al(2－,3)、HSOeq \\al(－,3)、HCOeq \\al(－,3)有干扰
SOeq \\al(2－,3)
稀H2SO4和品红溶液
产生有刺激性气味的气体，且该气体能使品红溶液褪色
HSOeq \\al(－,3)有干扰
I－
氯水(少量)，CCl4
下层为紫色
Fe2＋
①KSCN溶液和氯水
②铁氰化钾溶液K3[Fe(CN)6]
①先是无变化，滴加氯水后变红色
②生成蓝色沉淀
Fe3[Fe(CN)6]2
先加KSCN溶液，无变化，再加氯水
Fe3＋
KSCN溶液
红色
苯酚溶液
紫色
Na＋、K＋
Pt(Fe)丝和稀盐酸
火焰分别呈黄色、紫色
K＋要透过蓝色钴玻璃片观察焰色
待检离子
干扰离子
排除措施
Cl－
SOeq \\al(2－,4)
加过量的Ba(NO3)2溶液
COeq \\al(2－,3)
加稀硝酸酸化
OH－
SOeq \\al(2－,4)
COeq \\al(2－,3)
加盐酸酸化
SOeq \\al(2－,3)
Ag＋
SOeq \\al(2－,3)
COeq \\al(2－,3)
加盐酸后将产生的气体通入品红溶液中
COeq \\al(2－,3)
SOeq \\al(2－,3)
加硝酸后将产生的无色无味气体通入澄清石灰水，变浑浊
操作
现象
结论
取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡
存在Fe3＋
取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入________，振荡
存在Fe2＋
步骤
操作
现象
Ⅰ
用pH试纸检验
溶液的pH大于7
Ⅱ
向溶液中滴加氯水，再加入CCl4，振荡，静置
CCl4层呈橙红色
Ⅲ
取Ⅱ的上层溶液，加入Ba(NO3)2溶液和稀硝酸
有白色沉淀产生
Ⅳ
将Ⅲ过滤，向滤液中加入AgNO3溶液和稀硝酸
有白色沉淀产生