2020版高考化学一轮复习通用版讲义：第二章第4课时　微观探离子（3）——离子共存、离子的检验与推断

第4课时　微观探离子(3)——离子共存、离子的检验与推断考点一　离子共存判断多种离子能否大量共存于同一溶液中，归纳起来就是：一色、二性、三特殊、四反应。1．一色——溶液颜色几种常见离子的颜色：离子Cu2＋Fe3＋Fe2＋MnO溶液颜色蓝色棕黄色浅绿色紫红色 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CO、SO、S2－、CH3COO－等)不能大量存在。(2)在强碱性溶液中，H＋及弱碱阳离子(如NH、Al3＋、Fe3＋等)不能大量存在。3．三特殊——三种特殊情况(1)AlO与HCO不能大量共存：AlO＋HCO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO。(2)“NO＋H＋”组合具有强氧化性，与S2－、Fe2＋、I－、SO等还原性的离子因发生氧化还原反应而不能大量共存。(3)NH与CH3COO－、CO，Mg2＋与HCO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——四种反应类型离子不能大量共存的常见类型有复分解反应型、氧化还原反应型、水解相互促进型和络合反应型4种。(1)离子间发生复分解反应①生成难电离物质(水、弱酸、一水合氨等)的离子不能大量共存。如H＋与CH3COO－、CO、S2－、SO等生成弱酸不能大量共存；OH－与NH(稀溶液)生成弱碱不能大量共存；H＋与OH－生成水不能大量共存。②生成难溶物或微溶物的离子不能大量共存。阳离子不能大量共存的阴离子Ba2＋、Ca2＋、Pb2＋CO、SO_、SO、SiO、POFe3＋、Cu2＋、Fe2＋OH－、S2－、CO、HCO、SiO、AlOMg2＋、Al3＋、Zn2＋OH－、CO、SiO、AlOH＋SiO、AlO ③生成气体及挥发性物质的离子不能大量共存。离子不能大量共存的离子H＋S2O、CO、SO、HCO、HSO、S2－、HS－OH－NH(浓溶液并加热)  (2)离子间发生氧化还原反应具有较强氧化性离子与具有较强还原性离子，会发生氧化还原反应而不能大量共存。强氧化性离子还原性离子ClO－、MnO、NO(H＋)、Fe3＋、Cr2O、FeOFe2＋(可与Fe3＋共存)、S2－、I－、SO、HS－、HSO (3)离子间发生水解相互促进的反应当弱酸的酸根(如CO)与弱碱的阳离子(如Al3＋)同时存在于水溶液中时，弱酸的酸根水解生成的OH－与弱碱的阳离子水解生成的H＋反应生成水，从而使两种离子的水解平衡互相促进而向水解方向移动，甚至完全反应3CO＋2Al3＋＋3H2O===3CO2↑＋2Al(OH)3↓。常见的因发生相互促进的水解反应而不能大量共存的离子如下：①Al3＋与CO、HCO、S2－、HS－、AlO、SiO。②Fe3＋与CO、HCO、AlO、SiO。(4)离子间发生络合反应离子间因发生络合反应而不能大量共存，中学常见的反应有①Fe3＋与SCN－因生成Fe(SCN)3而不能大量共存。②Ag＋与NH3·H2O因生成＋而不能大量共存。③Cu2＋与NH3·H2O因生成[Cu(NH3)4]2＋而不能大量共存。[考法精析]考法一　题干中无限制条件下的离子共存1．水溶液中能大量共存的一组离子是(　　)A．NH、Ba2＋、Br－、CO　 B．Cl－、SO、Fe2＋、H＋C．K＋、Na＋、SO、MnO  D．Na＋、H＋、NO、HCO解析：选C　A．Ba2＋与CO能反应生成BaCO3沉淀，不能大量共存。B.SO与H＋能反应生成SO2和H2O，SO与Fe2＋能生成沉淀FeSO3，不能大量共存。C.离子之间不反应，可以大量共存。D.H＋与HCO能反应生成CO2和H2O，不能大量共存。2．(2019·唐山模拟)下列能大量共存的离子组是(　　)A．K＋、AlO、NO、Ba2＋  B．Na＋、NH、Cl－、OH－C．K＋、Mg2＋、SO、CO  D．H＋、Na＋、HCO、SO解析：选A　A项中的四种离子之间不反应，可以大量共存，正确；B项中的NH与OH－反应生成弱碱NH3·H2O而不能大量共存，错误；C项中的Mg2＋与CO反应生成沉淀MgCO3而不能大量共存，错误；D项中的H＋与HCO反应生成气体CO2和弱电解质H2O而不能大量共存，错误。考法二　题干中有限制条件下的离子共存3．(2019·泉州质检)在溶液中加入过量Na2O2后仍能大量共存的是(　　)A．NH、Ba2＋、Cl－、NO  B．K＋、SiO、AlO、SOC．Fe2＋、Mg2＋、SCN－、Cl－  D．Na＋、HCO、SO、I－解析：选B　在溶液中加入过量Na2O2，发生反应2Na2O2＋2H2O===4Na＋＋4OH－＋O2↑。NH、OH－发生反应，不能大量共存，A错误；K＋、SiO、AlO、SO、OH－之间不反应，能大量共存，B正确；Na2O2可氧化Fe2＋，且Fe2＋、Mg2＋均与OH－发生反应，氧化生成的Fe3＋还可与SCN－发生络合反应，不能大量共存，C错误；HCO、OH－发生反应，Na2O2会氧化SO、I－，不能大量共存，D错误。4．(2019·南开中学月考)下列各组离子能大量共存，当溶液中c(H＋)＝10－1 mol·L－1时，有气体产生；而当溶液中c(H＋)＝10－13 mol·L－1时，又能生成沉淀。该组离子可能是(　　)A．Na＋、Mg2＋、NO、HCO、SOB．Pb2＋、Ba2＋、K＋、Cl－、S2－C．Pb2＋、Fe2＋、Na＋、SO、NOD．Al3＋、NH、SO、Cl－、CO解析：选A　在酸性溶液中HCO与H＋反应放出二氧化碳，在碱性溶液中，Mg2＋与OH－反应生成氢氧化镁沉淀，A正确；Pb2＋与S2－能够反应生成沉淀，不能大量共存，B错误；Pb2＋、SO能够反应生成沉淀，不能大量共存，C错误；Al3＋与CO发生相互促进的水解反应而不能大量共存与题意不符，D错误。考法三　选项中有限制条件下的离子共存5．(2017·江苏高考)常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)A．无色透明的溶液中：Fe3＋、Mg2＋、SCN－、Cl－B.＝1×10－12的溶液中：K＋、Na＋、CO、NOC．c(Fe2＋)＝1 mol·L－1的溶液中：K＋、NH、MnO、SOD．能使甲基橙变红的溶液中：Na＋、NH、SO、HCO解析：选B　Fe3＋为黄色，且Fe3＋与SCN－反应会生成红色Fe(SCN)3而不能大量共存，A项错误；四种离子之间不发生反应，溶液中c(H＋)<c(OH－)，呈碱性，四种离子与OH－可以共存，B项正确；MnO可以氧化Fe2＋，C项错误；能使甲基橙变红的溶液呈酸性，H＋与溶液中的HCO反应可生成CO2和H2O，二者不能大量共存，D项错误。6．常温下，下列各种溶液中，一定不能大量共存的离子组是(　　)A．pH＝0的溶液中：Fe2＋、Cl－、SO、I－B．由水电离出的c(H＋)＝10－14 mol·L－1的溶液中：Na＋、AlO、S2－、SOC．含有大量Fe3＋的溶液中：Mg2＋、Al3＋、Cu2＋、SOD．使紫色石蕊溶液变红色的溶液中：K＋、Na＋、Ca2＋、HCO解析：选D　pH＝0的溶液呈酸性，酸性溶液中Fe2＋、Cl－、SO、I－相互不反应，能大量共存，A不符合题意；由水电离出的c(H＋)＝10－14 mol·L－1的溶液可能显酸性也可能显碱性，若为酸性溶液，则AlO、S2－都不能存在，若为碱性溶液，则Na＋、AlO、S2－、SO之间相互不反应，可以共存，B不符合题意；含有大量Fe3＋的溶液中，Mg2＋、Al3＋、Cu2＋、SO、Fe3＋之间都不反应，能大量共存，C不符合题意；使紫色石蕊溶液变红色的溶液呈酸性，则HCO不能大量存在，D符合题意。 [备考方略]　巧判离子共存题的四步骤第一步：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：分析限制条件隐含条件分析解读无色溶液有色离子不能大量存在使甲基橙呈红色或pH＝1溶液显酸性，无大量的OH－及弱酸的酸根离子或酸式酸根离子遇酚酞呈红色或pH＝13溶液显碱性，无大量的H＋及弱碱的阳离子、弱酸的酸式酸根离子与Al反应放出H2溶液可能显酸性，也可能显强碱性，显酸性时不能含NO由水电离出的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1溶液可能显酸性，也可能显碱性通入足量的CO2(或NH3)溶液显酸性(或碱性)因发生氧化还原反应而不能大量共存能发生氧化还原反应的氧化性离子和还原性离子不能共存，不是复分解反应等其他离子反应类型“一定”“可能”还是“不能”大量共存确定是“可能性”还是“肯定性”加水稀释，减小说明该溶液显酸性[稀释的是溶质，溶质c(H＋)减小，而c(OH－)增大]某溶液的lg＝12该溶液显酸性 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)熟记相互促进的水解反应。(4)牢记能发生的络合反应。第四步：注意特殊情况(1)S2－与SO在碱性条件可以共存，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)NO在碱性和中性环境中没有氧化性，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。考点二　离子的检验与推断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，可把检验离子的方法归纳为三种类型：①生成气体，如NH、CO的检验；②显现特殊颜色，如Fe3＋、K＋的检验；③生成沉淀，如Cl－、SO的检验；其具体表现如下。(1)气体法NH浓NaOH溶液(加热)和湿润的红色石蕊试纸生成无色、具有刺激性气味、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体SO稀硫酸、品红溶液生成无色、具有刺激性气味、能使品红溶液褪色的气体CO稀盐酸、澄清石灰水产生无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体NO稀硫酸、金属铜溶液变蓝色，有无色、具有刺激性气味的气体产生，遇空气后气体变红棕色 (2)显色法H＋紫色石蕊溶液石蕊溶液变红I－氯水、淀粉溶液淀粉溶液变蓝Fe3＋KSCN溶液溶液呈血红色Fe2＋K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液蓝色沉淀KSCN溶液、氯水加KSCN后无颜色变化，再滴加氯水溶液变成血红色Na＋、K＋铂丝、稀盐酸火焰呈黄色(Na＋)，透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(K＋) (3)沉淀法离子试剂现象Cl－、Br－、I－AgNO3溶液、稀硝酸AgCl(白色沉淀)、AgBr(淡黄色沉淀)、AgI(黄色沉淀)SO稀盐酸、BaCl2溶液白色沉淀Fe2＋NaOH溶液白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀Al3＋NaOH溶液先生成白色沉淀，NaOH过量后沉淀逐渐溶解Mg2＋NaOH溶液生成白色沉淀，NaOH过量，沉淀不溶解Ba2＋稀H2SO4(或硫酸盐溶液)、稀硝酸生成不溶于稀硝酸的白色沉淀Ag＋盐酸(或氯化物溶液)、稀硝酸生成不溶于稀硝酸的白色沉淀氨水先生成白色沉淀，若氨水过量，沉淀逐渐溶解POAgNO3溶液、稀硝酸生成黄色沉淀，沉淀可溶于稀硝酸SiO稀硝酸白色絮状沉淀S2－CuSO4或CuCl2溶液黑色沉淀AlO稀盐酸开始生成白色沉淀，稀盐酸过量后沉淀逐渐溶解    2．常考四种离子的检验排“干扰”措施(1)SO的检验①检验方法②排除干扰Ag＋的干扰先用盐酸酸化，能防止Ag＋干扰CO、SO的干扰因为BaCO3、BaSO3也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀不同的是这些沉淀能溶于盐酸中，因此检验SO时，必须用盐酸酸化(不能用HNO3、H2SO4酸化) ③注意事项所用的钡盐不能用Ba(NO3)2溶液，因为在酸性条件下，SO、HSO会被溶液中的NO(H＋)氧化成SO，从而得出错误结论。(2)CO的检验①检验方法②排除干扰HCO的干扰若被检液中不含CO而含有HCO，则加入CaCl2(或BaCl2)溶液时不会产生白色沉淀，故可用BaCl2(或CaCl2)溶液排除干扰SO的干扰因为CaSO3与CaCO3一样，也是白色沉淀，且CaSO3也能与盐酸反应产生使澄清石灰水变浑浊的气体(SO2)，但SO2是有刺激性气味的气体，故可用无色无味来排除SO的干扰  (3)Cl－的检验干扰离子排干扰措施SO加过量的Ba(NO3)2溶液CO加稀HNO3酸化OH－ (4)Fe2＋的检验①溶液中只含Fe2＋：可用KSCN溶液和氯水检验，不考虑干扰问题。②溶液中含Fe2＋、Fe3＋，不含Cl－时，可加入酸性KMnO4溶液，溶液褪色，说明溶液中含有Fe2＋，不能用KSCN溶液和氯水，原因是Fe3＋形成干扰。③溶液中含有Fe2＋、Fe3＋、Cl－时，加入K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，生成蓝色沉淀，不能用酸性KMnO4溶液，原因是Cl－也能使酸性KMnO4溶液褪色，Cl－能形成干扰。[典例1]　(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SO，无SO。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SO，无SO的实验操作和现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]　取少量装置D内溶液于试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀，加入足量稀盐酸后，沉淀完全溶解，放出无色刺激性气味气体[备考方略]　高考中有关离子检验类答题模板例如：检验某溶液中含有Fe2＋而不含Fe3＋的方法是取适量溶液于洁净的试管中，滴加几滴KSCN溶液，无明显现象，再向溶液中滴加几滴H2O2(或新制氯水)，溶液变为红色，说明溶液中含有Fe2＋而不含Fe3＋。 [对点练1]　下列离子检验的方法正确的是(　　)A．某溶液有白色沉淀，说明原溶液中有Cl－B．某溶液有白色沉淀，说明原溶液中有SOC．某溶液有蓝色沉淀，说明原溶液中有Cu2＋D．某溶液生成无色气体，说明原溶液中有CO解析：选C　A项，也可能含有CO等离子，错误。B项，也可能含有Ag＋等离子，错误。D项，也可能含有HCO，错误。[对点练2]　向四支试管中分别加入少量不同的无色溶液进行如下操作，结论正确的是(　　)选项操作现象结论A滴加BaCl2溶液生成白色沉淀原溶液中有SOB滴加氯水和CCl4，振荡、静置下层溶液显紫色原溶液中有I－C用洁净铂丝蘸取溶液进行焰色反应火焰呈黄色原溶液中有Na＋、无K＋D滴加稀NaOH溶液，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口试纸不变蓝原溶液中无NH 解析：选B　滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成，不能说明原溶液中有SO，因为若溶液中含有SO、CO、Ag＋等，滴加BaCl2溶液也都生成白色沉淀，故A错误；氯水中的氯气和碘离子反应生成碘单质，四氯化碳把碘单质从水溶液中萃取出来，四氯化碳密度比水大，下层溶液显紫色，所以滴加氯水和四氯化碳，若下层溶液显紫色，说明原溶液中有碘离子，故B正确；Na＋的黄色火焰可以覆盖K＋的浅紫色火焰，故检验K＋需透过蓝色钴玻璃观察火焰，故C错误；氨气极易溶于水，若溶液中含有少量的NH，需滴加浓NaOH溶液且加热才会放出氨气，故D错误。1．应用“四项基本原则”进行离子推断2．电荷守恒在离子反应定量推断试题中的应用解与离子反应有关的定量推断类试题，需要掌握定量推断最后一种离子存在的方法；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。 [典例2]　有一无色透明溶液，欲确定是否含有下列离子：K＋、Mg2＋、Al3＋、Fe2＋、Ba2＋、NO、SO、Cl－、I－、HCO，取该溶液实验如表所示：实验步骤实验现象①取少量该溶液，加几滴甲基橙溶液变红色②取少量该溶液加热浓缩，加Cu片和浓H2SO4，加热有无色气体产生，气体遇空气可以变成红棕色③取少量该溶液，加BaCl2溶液有白色沉淀生成④取③中上层清液，加AgNO3溶液有稳定的白色沉淀生成，且不溶于HNO3⑤取少量该溶液，加NaOH溶液有白色沉淀生成，当NaOH过量时沉淀部分溶解 由此判断：(1)溶液中肯定存在的离子是___________________________________________，溶液中肯定不存在的离子是_______________________________________________。(2)为进一步确定其他离子，应该补充的实验及对应欲检验的离子(如为溶液反应，说明使用试剂的名称，不必写详细操作步骤)为____________________________________________。[解题流程]　①审题干信息由题干信息“无色透明”再结合肯定性原则，可推断出溶液中有色离子不能存在，故不含Fe2＋。②由实验现象可获取以下解题信息实验现象获取信息溶液变红色可知溶液呈酸性，利用互斥性原则，H＋与HCO发生反应而不能共存，说明溶液中不含HCO有无色气体产生，气体遇空气可以变成红棕色可判断气体为NO，根据原子守恒从而判断溶液中含有NO，再利用互斥性原则，H＋、NO具有强氧化性与I－发生反应而不能共存，说明溶液中不含I－有白色沉淀生成判断溶液中含有SO，利用互斥性原则，Ba2＋与SO发生反应而不能共存，说明溶液中不含Ba2＋有稳定的白色沉淀生成，且不溶于HNO3由进出性原则可知实验③向溶液中引入了Cl－，故无法判断原溶液中Cl－是否存在有白色沉淀生成，当NaOH过量时沉淀部分溶解判断溶液中含有Mg2＋和Al3＋ 通过获取的解题信息，可得以下结论：溶液中肯定存在的离子为Al3＋、Mg2＋、NO、SO；肯定不存在的离子为Fe2＋、Ba2＋、I－、HCO。③第(2)问解题思路通上以上现象分析和判断，不能确定溶液中是否含有K＋和Cl－，需进一步检验：a．检验是否含有K＋，通过蓝色的钴玻璃观察焰色反应，如果为紫色则含K＋，否则不含K＋；b．检验是否含有Cl－，需先加入过量的Ba(NO3)2溶液使SO完全沉淀，再取上层清液，加入AgNO3溶液，如有白色沉淀生成则含有Cl－，否则不含Cl－。[答案]　(1)Al3＋、Mg2＋、NO、SO　Fe2＋、Ba2＋、I－、HCO　(2)焰色反应，检验K＋；Ba(NO3)2溶液、AgNO3溶液，检验Cl－[对点练3]　保护水资源、合理利用废水、节省水资源、加强废水的回收利用已被越来越多的人所关注。已知：某无色废水中可能含有H＋、NH、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Na＋、NO、CO、SO中的几种，为分析其成分，分别取废水样品1 L，进行了三组实验，其操作和有关图像如下所示：请回答下列问题：(1)根据上述3组实验可以分析废水中一定不存在的阴离子是____________，一定存在的阳离子是____________。(2)写出实验③图像中沉淀达到最大量且质量不再发生变化阶段发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)分析图像，在原溶液中c(NH)与c(Al3＋)的比值为________，所得沉淀的最大质量是__________g。(4)若通过实验确定原废水中c(Na＋)＝0.18 mol·L－1，试判断原废水中NO是否存在？________(填“存在”“不存在”或“不确定”)。若存在，c(NO)＝________mol·L－1。(若不存在或不确定则此空不填)解析：无色废水中不存在Fe3＋，根据实验①确定存在Na＋，根据实验②确定有SO，根据实验③结合图像可知，溶液中有H＋、NH、Al3＋、Mg2＋，因为CO与H＋、Al3＋、Mg2＋不能共存，所以无CO。根据硫酸钡沉淀质量为93.2 g，求出n(SO)＝＝0.4 mol，根据图像求出n(Al3＋)＝n[Al(OH)3]＝0.8 mol－0.7 mol＝0.1 mol，n(NH)＝0.7 mol－0.5 mol＝0.2 mol和n(H＋)＝0.1 mol，生成0.1 mol氢氧化铝消耗0.3 mol NaOH，则生成氢氧化镁消耗的氢氧化钠为0.5 mol－0.1 mol－0.3 mol＝0.1 mol，即含有Mg2＋0.05 mol；根据电荷守恒，阳离子电荷总物质的量＝(0.1＋0.2＋0.1×3＋0.05×2)mol＝0.7 mol，阴离子电荷总物质的量＝0.4×2 mol＝0.8 mol，可能含有NO，则Na＋至少有0.1 mol。(1)根据上述分析，废水中一定不存在的阴离子是CO，一定存在的阳离子是Na＋、H＋、Al3＋、Mg2＋、NH。(2)实验③图像中沉淀达到最大量且质量不再发生变化的阶段发生反应的离子方程式为NH＋OH－===NH3·H2O。(3)根据上述分析，在原溶液中＝＝＝，沉淀最多时含有0.1 mol氢氧化铝和0.05 mol氢氧化镁，其质量为0.1 mol×78 g·mol－1＋0.05 mol×58 g·mol－1＝10.7 g。(4)根据上述分析，若通过实验确定原废水中c(Na＋)＝0.18 mol·L－1，即含有Na＋0.18 mol，则含有NO 0.08 mol，c(NO)＝＝0.08 mol·L－1。答案：(1)CO　Na＋、H＋、Al3＋、Mg2＋、NH(2)NH＋OH－===NH3·H2O(3)2∶1　10.7　(4)存在　0.08