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文章编号:1005-6629(2010)03-0071-04中图分类号:G632.479 文献标识码:B 离子共存知识是高考的热点,也是每年高考的必考内容。离子能否共存其实就是看离子之间能否发生反应,能反应,则不能大量共存;否则,能大量共存。在判断离子能否共存时,常用到以下四大原则:
1肯定性原则
肯定性原则就是根据实验现象推出溶液中肯定存在或肯定不存在的离子。此原则常根据一色、四反应、三特等来确定溶液中存在或不存在的离子。
(1)一色:无色溶液中不存在Fe2+、Fe3+、Cu2+、MnO4-、CrO42-、Cr2O72-等有色离子。
(2)四反应:发生以下四大反应,均不能共存。
①复分解反应
离子间相互反应能生成难溶物、易挥发物质、难电离物质都不能大量共存。
I. 生成难溶物:如Ba2+、Ca2+等不能与SO42-、CO32-等大量共存;Ag+与Cl-、SO42-、CO32- 等不能大量共存。
为了确定哪些物质难溶,我们最好能记住溶解性口诀表:
钾钠铵硝皆可溶、盐酸盐不溶银亚汞;硫酸盐不溶钡和铅、碳磷酸盐多不溶;多数酸溶碱少溶、只有钾钠铵钡溶;几种微溶物要牢记、口诀中未有皆下沉。
II. 生成易挥发物质:如H+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-、SO32-、HSO3-等;OH-与NH4+。
III. 生成难电离物质:如H+与F-、ClO-、PO43-、CH3COO-等弱酸根离子。
②氧化还原反应
常见的四种氧化性离子有:Fe3+、NO3-、MnO4-、ClO-,常见的六种还原性离子有:Fe2+、S2-、SO32-、I-、Br-、Cl-。其中Fe3+ 能将S2-、SO32-、I-氧化而不能大量共存;NO3-在酸性条件下能将Fe2+、S2-、SO32-、I-、Br-氧化而不能大量共存;MnO4-、ClO- 在碱性或中性条件下能将S2-、SO32-、I- 等氧化而不能大量共存,在酸性条件下可以将上述六种还原性离子都氧化而不能大量共存。除此之外,S2-与SO32-在碱性条件下可以共存,但酸性条件下则会发生氧化还原反应而不能大量共存。
③双水解反应
Al3+与HCO3-、CO32-、AlO2-、SiO32-、S2-、HS-等;Fe3+与HCO3-、CO32-、AlO2-、SiO32-、ClO-等;NH4+与AlO2-、SiO32-等不能大量共存。
④络合反应
Fe3+与SCN-、C6H5O-、F-等;Ag+、Cu2+等与NH3・H2O不能大量共存。
(3)三特:
①AlO2-与HCO3-、HSO3-、H2PO4-均不能共存于同一溶液中,如HCO3-+AlO2-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-。
②具有氧化性的含氧酸根离子,如NO3-、SO32-等,若不是在酸性溶液中,则能与某些还原性较强的离子如S2-、I-等共存,反之,则不能,因为这些含氧酸根只有在酸性条件下才表现出氧化性。
③水解能力弱的弱碱阳离子与弱酸的酸式酸根离子,如Mg2+与HCO3-、HSO3-等,可以不考虑它们之间的双水解共存于同一溶液。
例1.(2009 年安徽第10题)在溶液中能大量共存的一组离子或分子是()
A. NH4+、H+、NO3-、HCO3-
B. K+、Al3+、SO42-、NH3・H2O
C. Na+、K+、SO32-、Cl2
D. Na+、CH3COO-、CO32-、OH-
解析:H+与HCO3-能够反应生成CO2气体,不能大量共存,A错误;Al3+与氨水可以发生反应:Al3++3NH3・H2O=Al(OH)3↓+3NH4+,B错误;Cl2具有氧化性,可以将SO32-氧化为SO42-,方程式为:Cl2+H2O+SO32-=SO42-+2Cl-+2H+,C错误。答案为D。
例2.(2000 年上海第16题)下列各组离子在溶液中能大量共存的是( )
A. Ca2+、HCO3-、Cl-、K+
B. Al3+、AlO2-、HCO3-、Na+
C. Fe2+、NH4+、SO42-、S2-
D. Fe3+、SCN-、Na+、CO32-
解析:Al3+与AlO2-、HCO3-发生双水解反应,不能大量共存,B错误;Fe2+与S2-反应生成沉淀,不能大量共存,C错误;Fe3+与SCN-形成络合物,Fe3+与CO32-发生双水解反应,它们都不能大量共存,D错误。答案为A。
2 互斥性原则
互斥性原则是指在肯定某些离子的同时,结合离子共存规律(如离子间的四大反应),否定一些离子的存在。此时常结合二性、四反应以及一些隐含条件进行判断。
(1)二性:酸性溶液中,一切弱酸阴离子如CH3COO-、F-、CO32-、S2-、PO43-、ClO-等及OH-均不能大量存在。碱性溶液中,一切弱碱阳离子如NH4+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+等及H+均不能大量存在。弱酸的酸式酸根离子如HCO3-、HS-、HSO3-、H2PO4-、HPO42-等在酸性或碱性溶液中均不能大量存在。
(2)隐含条件:即看题目中的隐含条件是酸性、碱性、pH、指示剂的变化、颜色、与铝反应放出H2、水的电离情况等,从而确定出溶液中可能存在的H+或OH-,再根据反应排斥一些离子。
例3.(2009 年江苏第7题)在下列各溶液中,离子一定能大量共存的是( )
A.强碱性溶液中:K+、Al3+、Cl-、SO42-
B.含有0.1 mol・L-1 Fe3+的溶液中:K+、Mg2+、I-、NO3-
C.含有0.1 mol・L-1 Ca2+溶液在中:Na+、K+、CO32-、Cl-
D.室温下,pH=1的溶液中:Na+、Fe3+、NO3-、SO42-
解析:在强碱性溶液中肯定存在大量的OH-,而Al3+与OH-会发生反应,故Al3+在此溶液中不能大量存在,A错误;I-与Fe3+在溶液中发生氧化还原反应而不能大量共存,B错误;Ca2+与CO32-反应生成难溶的CaCO3,C错误。答案为D。
例4. 甲、乙两相邻的化工厂,排放的污水经处理后,仍然各溶有以下八种离子(Ag+、Fe3+、Ba2+、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、OH-)中各不相同的 4种,若单独排放,则造成环境污染,如果将甲、乙两厂的污水按适当比例充分混合,再经沉淀后,排放的污水转变为无色澄清的NaNO3溶液,污染程度大为降低,又经测定,甲厂污水的pH大于7,试推断:
(1)甲厂污水中含有的4种离子是_________;
(2)乙厂污水中含有的4种离子是_________。
解析:甲厂污水的pH大于7,可知甲厂污水中肯定存在OH-,根据互斥性原则知,甲厂污水中一定不存在Ag+、Fe3+,这两种离子应在乙厂污水中;再根据互斥性原则可知乙厂污水中必不存在Cl-、SO42-,Cl-、SO42-应在甲厂污水中,因此Ba2+必在乙厂污水中,最后根据电荷守恒知甲厂污水中还存在Na+,乙厂污水中还存在NO3-。
答案:(1)OH-、Na+、Cl-、SO42- ; (2)Ag+、Fe3+、Ba2+、NO3-
3 电中性原则
电中性原则是指溶液呈电中性,溶液中一定既存在阳离子又存在阴离子,溶液中的正电荷总数与负电荷总数相等,即电荷守恒。根据这一原则可以帮助我们确定一些隐蔽的离子。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 例5. 今有一混合物的水溶液,只可能含有以下离子中的若干种:K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-,现有三份100 mL溶液进行如下实验:
(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生;
(2)第二份加足量NaOH溶液加热后,收集到气体0.04 mol;
(3)第三份加足量BaCl2溶液后,得干燥沉淀6.27 g,经足量盐酸洗涤、干燥后,沉淀质量为2.33 g。根据上述实验,以下推测正确的是()
A. K+一定存在
B. 100 mL溶液中含0.02 mol CO32-,0.04 mol NH4+
C. Cl-一定存在
D. Ba2+一定不存在,Mg2+可能存在
解析:(1)说明溶液中可能有Cl-、CO32-、SO42-中的一种或几种,故不能确定是否有Cl-;(2)说明溶液中有NH4+,且其为0.04 mol;(3)说明溶液中有CO32-、SO42-, n(SO42-)=0.01 mol,n(CO32-)=■=0.02 mol, 根据互斥性原则可知,Ba2+、Mg2+一定不存在。溶液中阴离子所带的电荷为0.01 mol×2+0.02 mol×2=0.06 mol,而阳离子所带电荷只有0.04 mol,溶液不呈电中性,故可知溶液中一定存在另一种阳离子即K+,且其为0.02 mol。答案为A、B。
4 进出性原则
进出性原则通常是在一些实验过程中应用,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。
例6. 某溶液由Na+、Cu2+、Ba2+、Fe3+、AlO2-、CO32-、SO42-、Cl-中的若干种离子组成,取适量该溶液进行如下实验:
①向其中加入过量盐酸,有气体生成,并得到无色透明溶液;
②在①所得溶液中加入过量氨水,产生白色沉淀,过滤;
③在②所得滤液中加入过量氢氧化钡溶液,产生白色沉淀,过滤;
④在③所得滤液中加入过量稀硝酸,再加入硝酸银溶液,产生白色沉淀。
根据上述实验回答下列问题:
原溶液中一定存在的离子是___________,一定不存在的离子是_________。
解析:由①知,最后溶液无色透明,故溶液中没有Cu2+、Fe3+等有色离子;又由于加盐酸有气体产生,故可确定存在CO32-,根据互斥性原则可知能与CO32-生成沉淀的Ba2+不存在。由②知,能与氨水反应生成白色沉淀的只能是Al3+,而原溶液中不存在,故其必由AlO2-与盐酸反应转化得来。由③知,溶液中必有SO42-。由④知,反应后的溶液中存在Cl-,根据进出性原则可知,不能确定是否是原溶液中所有,因为在①中引入了Cl-,而后面的实验都是前一实验的延续。最后根据电荷守恒可知溶液中一定存在Na+。
答案:CO32-、SO42-、AlO2-、Na+;Cu2+、Ba2+、Fe3+。
例7. 某无色溶液中,其中有可能存在的离子如下:Na+、Ag+、Ba2+、Al3+、AlO2-、Fe3+、S2-、CO32-、SO32-、SO42-,现取该溶液进行有关实验,结果由下图(图1)所示。
试回答下列问题:
(1)生成沉淀甲的离子方程式为__________。
(2)由溶液甲生成沉淀乙的离子方程式为___。
(3)沉淀丙是_________。如何用一化学实验来确定其成分__________________。
(4)气体甲的成分有哪几种可能?(可以不填满也可以补充)
(5)综合上述信息,可以肯定存在的离子有_________,一定不存在的离子有_________,可能存在的离子有_________。
解析:①由肯定性原则知,无色溶液中肯定没有Fe3+,加过量氢溴酸产生气体,可能存在的离子中能与H+反应生成气体的有S2-、CO32-、SO32-,根据互斥性原则可知原溶液中肯定没有Ag+、Ba2+、Al3+。溶液中没有Ag+但却产生淡黄色沉淀,排除AgBr沉淀,则淡黄色沉淀只能是硫,它是由S2-与SO32-在酸性条件下反应生成:2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O。当n(S2-)∶n(SO32-)≠2∶1时, S2- 或SO32-中有一种过量,此时在酸性条件下会产生H2S气体或SO2气体。
②溶液甲与过量NH4HCO3反应生成白色沉淀,说明溶液甲中必存在除Na+外的金属离子,而由①知,原溶液中不存在Ag+、Ba2+、Al3+,因此,可推断溶液甲中的金属离子必然是由加入氢溴酸后生成的,由此可知原溶液中存在AlO2-,它与HBr反应生成Al3+存在于溶液甲中,Al3+与HCO3-发生双水解反应: Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑。
③根据进出性原则知,溶液乙中含有过量的NH4+、 HCO3-,加入过量的 Ba(OH)2 溶液发生反应:NH4++HCO3-+Ba2++2OH- BaCO3↓+NH3↑+2H2O,而SO42-无法确定,故白色沉淀丙中可能有BaSO4。
④根据溶液电中性原则,Na+是原溶液中惟一的阳离子,其一定存在。
答案:(1)2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O
(2)Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑
(3)BaCO3或BaCO3与BaSO4的混合物;在所得沉淀丙中加入稀盐酸,若沉淀全部溶解,说明沉淀丙是BaCO3,若沉淀仅部分溶解,说明沉淀是BaCO3和BaSO4的混合物。
(4)气体甲有5种可能:①H2S,②SO2,③CO2,④CO2和H2S,⑤CO2和SO2。
(5)Na+、S2-、SO32-、AlO2-; Ag+、Ba2+、Al3+、Fe3+;CO32-、SO42-。
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