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    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
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    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

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    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(COSOS2CH3COO)不能大量存在。

    (2)在强碱性溶液中,H及弱碱阳离子(NHAl3Fe3)不能大量存在。

    3三特殊——三种特殊情况

    (1)AlOHCO不能大量共存:AlOHCOH2O===Al(OH)3CO

    (2)NOH组合具有强氧化性,与S2Fe2ISO等还原性的离子因发生氧化还原反应而不能大量共存。

    (3)NHCH3COOCOMg2HCO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

    生成难电离物质(水、弱酸、一水合氨等)的离子不能大量共存。

    HCH3COOCOS2SO等生成弱酸不能大量共存;OHNH(稀溶液)生成弱碱不能大量共存;HOH生成水不能大量共存。

    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

    Ba2Ca2Pb2

    COSO_SOSiOPO

    Fe3Cu2Fe2

    OHS2COHCOSiOAlO

    Mg2Al3Zn2

    OHCOSiOAlO

    H

    SiOAlO

     

    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

    S2OCOSOHCOHSOS2HS

    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

    ClOMnONO(H)Fe3Cr2OFeO

    Fe2(可与Fe3共存)S2ISOHSHSO

     

    (3)离子间发生水解相互促进的反应

    当弱酸的酸根(CO)与弱碱的阳离子(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3CO2Al33H2O===3CO22Al(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:

    Al3COHCOS2HSAlOSiO

    Fe3COHCOAlOSiO

    (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

    Fe3SCN因生成Fe(SCN)3而不能大量共存。

    AgNH3·H2O因生成而不能大量共存。

    Cu2NH3·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(  )

    ANHBa2BrCO  BClSOFe2H

    CKNaSOMnO  DNaHNOHCO

    解析:C ABa2CO能反应生成BaCO3沉淀,不能大量共存。B.SOH能反应生成SO2H2OSOFe2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.HHCO能反应生成CO2H2O,不能大量共存。

    2(2019·唐山模拟)下列能大量共存的离子组是(  )

    AKAlONOBa2  BNaNHClOH

    CKMg2SOCO  DHNaHCOSO

    解析: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NHOH反应生成弱碱NH3·H2O而不能大量共存,错误;C项中的Mg2CO反应生成沉淀MgCO3而不能大量共存,错误;D项中的HHCO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(  )

    ANHBa2ClNO  BKSiOAlOSO

    CFe2Mg2SCNCl  DNaHCOSOI

    解析:B 在溶液中加入过量Na2O2,发生反应2Na2O22H2O===4Na4OHO2NHOH发生反应,不能大量共存,A错误;KSiOAlOSOOH之间不反应,能大量共存,B正确;Na2O2可氧化Fe2,且Fe2Mg2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;HCOOH发生反应,Na2O2会氧化SOI,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)101 mol·L1时,有气体产生;而当溶液中c(H)1013 mol·L1时,又能生成沉淀。该组离子可能是(  )

    ANaMg2NOHCOSO

    BPb2Ba2KClS2

    CPb2Fe2NaSONO

    DAl3NHSOClCO

    解析:A 在酸性溶液中HCOH反应放出二氧化碳,在碱性溶液中,Mg2OH反应生成氢氧化镁沉淀,A正确;Pb2S2能够反应生成沉淀,不能大量共存,B错误;Pb2SO能够反应生成沉淀,不能大量共存,C错误;Al3CO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:Fe3Mg2SCNCl

    B.1×1012的溶液中:KNaCONO

    Cc(Fe2)1 mol·L1的溶液中:KNHMnOSO

    D.能使甲基橙变红的溶液中:NaNHSOHCO

    解析:B Fe3为黄色,且Fe3SCN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Fe2C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CO2H2O,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(  )

    ApH0的溶液中:Fe2ClSOI

    B.由水电离出的c(H)1014 mol·L1的溶液中:

    NaAlOS2SO

    C.含有大量Fe3的溶液中:Mg2Al3Cu2SO

    D.使紫色石蕊溶液变红色的溶液中:

    KNaCa2HCO

    解析:D pH0的溶液呈酸性,酸性溶液中Fe2ClSOI相互不反应,能大量共存,A不符合题意;由水电离出的c(H)1014 mol·L1的溶液可能显酸性也可能显碱性,若为酸性溶液,则AlOS2都不能存在,若为碱性溶液,则NaAlOS2SO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,Mg2Al3Cu2SOFe3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pH1

    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pH13

    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

    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)1×1013 mol·L1

    溶液可能显酸性,也可能显碱性

    通入足量的CO2(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lg12

    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)S2SO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:生成气体,如NHCO的检验;显现特殊颜色,如Fe3K的检验;生成沉淀,如ClSO的检验;其具体表现如下。

    (1)气体法

    NH

    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

    KSCN后无颜色变化,再滴加氯水溶液变成血红色

    NaK

    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

    ClBrI

    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

    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

    PO

    AgNO3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

    CuSO4CuCl2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

    检验方法

    排除干扰

    Ag的干扰

    先用盐酸酸化,能防止Ag干扰

    COSO的干扰

    因为BaCO3BaSO3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HNO3H2SO4酸化)

     

    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,SOHSO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

    检验方法

    排除干扰

    HCO的干扰

    若被检液中不含CO而含有HCO,则加入CaCl2(BaCl2)溶液时不会产生白色沉淀,故可用BaCl2(CaCl2)溶液排除干扰

    SO的干扰

    因为CaSO3CaCO3一样,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

    溶液中只含Fe2:可用KSCN溶液和氯水检验,不考虑干扰问题。

    溶液中含Fe2Fe3,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。

    溶液中含有Fe2Fe3Cl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)2SO4260 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(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AD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SO

    C.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: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SO

    B

    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: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SOCOAg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:KMg2Al3Fe2Ba2NOSOClIHCO,取该溶液实验如表所示:

    实验步骤

    实验现象

    取少量该溶液,加几滴甲基橙

    溶液变红色

    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

    取少量该溶液,加BaCl2溶液

    有白色沉淀生成

    中上层清液,加AgNO3溶液

    有稳定的白色沉淀生成,且不溶于HNO3

    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)____________________________________________

    [解题流程] 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

    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,HHCO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,HNO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,Ba2SO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Mg2Al3

     

    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Al3Mg2NOSO;肯定不存在的离子为Fe2Ba2IHCO

    (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KCl,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)Al3Mg2NOSO Fe2Ba2IHCO (2)焰色反应,检验KBa(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HNHFe3Al3Mg2NaNOCOSO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)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·L1,试判断原废水中NO是否存在?________(存在”“不存在不确定)。若存在,c(NO)________mol·L1(若不存在或不确定则此空不填)

    解析:无色废水中不存在Fe3,根据实验确定存在Na,根据实验确定有SO,根据实验结合图像可知,溶液中有HNHAl3Mg2,因为COHAl3Mg2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 mol0.7 mol0.1 moln(NH)0.7 mol0.5 mol0.2 moln(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 mol0.1 mol0.3 mol0.1 mol,即含有Mg20.05 mol;根据电荷守恒,阳离子电荷总物质的量=(0.10.20.1×30.05×2)mol0.7 mol,阴离子电荷总物质的量=0.4×2 mol0.8 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NaHAl3Mg2NH

    (2)实验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NHOH===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·mol10.05 mol×58 g·mol110.7 g

    (4)根据上述分析,若通过实验确定原废水中c(Na)0.18 mol·L1,即含有Na0.18 mol,则含有NO 0.08 molc(NO)0.08 mol·L1

    答案:(1)CO NaHAl3Mg2NH

    (2)NHOH===NH3·H2O

    (3)21 10.7 (4)存在 0.08

     

     

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