2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第2章第3节　离子检验与推断

第3节　离子检验与推断

离子的共存

1．复分解反应型

(1)生成难溶物或微溶物的离子不能大量共存

(2)生成气体及挥发性物质的离子不能大量共存

(3)生成难电离物质(水、弱酸、一水合氨等)

H＋与CH3COO－、CO、S2－、SO、ClO－、F－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。

(4)弱酸酸式酸根(如HS－、HCO、HSO、H2PO、HPO、HC2O等)在强酸(H＋)或强碱(OH－)中均不能大量共存。

2．氧化还原型

具有较强氧化性的离子与具有较强还原性的离子，会发生氧化还原反应而不能大量共存。

3.水解相互促进型

(1)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－、[Al(OH)4]－、SiO。

②Fe3＋与CO、HCO、[Al(OH)4]－、SiO。

(2)NH与CH3COO－、CO、HCO、S2－等能发生相互促进的水解反应，但不完全，仍能大量共存。

4．络合反应型

离子间因发生络合反应而不能大量共存，常见的反应有(1)Fe3＋与SCN－因生成Fe(SCN)3而不能大量共存。

(2)Ag＋与NH3·H2O因生成[Ag(NH3)2]＋而不能大量共存。

[补短板]

常见限定条件的分析

(1)溶液无色说明溶液中不存在大量的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋、MnO、Fe(SCN)2＋、Cr2O、CrO等。

(2)常见表示溶液呈酸性的描述

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[H＋]＝0.1 mol·L－1的溶液。

(3)常见表示溶液呈碱性的描述

①常温下pH＝14的溶液；②使pH试纸变蓝的溶液；③使酚酞变红的溶液；④[OH－]＝0.1 mol·L－1的溶液。

(4)常见表示溶液既可能呈酸性又可能呈碱性的描述①与铝粉反应放出氢气的溶液；②常温下，水电离出的[OH－]＝1×10－12 mol·L－1的溶液；③与NH4HCO3反应能产生气体的溶液。

(5)溶液中含有NO(H＋)、ClO－、MnO、H2O2、Fe3＋，说明溶液具有强氧化性。

(6)溶液中含有S2－、SO、I－、Fe2＋、SO2，说明溶液具有还原性。

(7)只含弱酸根离子或只含弱碱阳离子在中性溶液中不能大量存在。

[知识应用]

指出下列离子组不能大量共存的原因。

(1)在溶液中：Na＋、OH－、SO、Fe3＋___________________。

(2)在溶液中：K＋、Mg2＋、I－、ClO－_________________。

(3)含有大量Fe3＋的溶液：Na＋、SCN－、Cl－、I－

________________________________________________________________。

(4)含有大量NO的溶液：H＋、Fe2＋、Cl－、SO

________________________________________________________________。

(5)使pH试纸显蓝色的溶液中：Cu2＋、NO、Fe3＋、SO

________________________________________________________________。

(6)与铝粉反应放出氢气的无色溶液中：NO、Al3＋、Na＋、SO

________________________________________________________________。

(7)pH＝0的溶液中：Al3＋、NH、Ca2＋、ClO－

________________________________________________________________。

[答案]　(1)Fe3＋与OH－反应生成沉淀

(2)I－能被ClO－氧化

(3)Fe3＋与SCN－发生络合反应，Fe3＋与I－发生氧化还原反应

(4)NO在酸性条件下氧化Fe2＋

(5)Cu2＋、Fe3＋与OH－反应生成沉淀

(6)溶液可能呈碱性也可能呈酸性，NO在酸性溶液中与铝粉反应不能放出氢气，Al3＋在碱性溶液中不能大量共存

(7)ClO－与H＋生成弱电解质HClO

◎命题点　溶液中离子共存的判断

1．(2019·上饶模拟)下列各组离子在指定的溶液中，能大量共存的是(　　)

①酸性溶液中：Fe2＋、Al3＋、NO、Cl－、I－

②pH＝13的溶液：Na＋、CO、SO、[Al(OH)4]－、S2－

③水电离出来的[H＋]＝10－13 mol·L－1的溶液：NH、K＋、NO、S2O

④加入铝片能放出H2的溶液：Na＋、HCO、Cu2＋、SO

⑤弱碱性溶液中：Na＋、K＋、Cl－、HCO

A．①②    B．②③　　　C．②④⑤　　　D．②⑤

D　[①酸性条件下Fe2＋、I－、NO发生氧化还原反应，则一定不能共存，故①错误；②pH＝13的溶液显碱性，该组离子在碱性条件下不反应，则能共存，故②正确；③水电离出来的[H＋]＝10－13 mol·L－1的溶液，为酸性或碱性溶液，碱性溶液中OH－与NH结合生成弱电解质，酸性溶液中H＋与S2O发生氧化还原反应，则不能共存，故③错误；④加入铝片能放出H2的溶液，为酸或强碱溶液，HCO既能与酸反应又能与碱反应，则一定不能共存，故④错误；⑤HCO水解呈弱碱性，HCO在弱碱性溶液中可共存。]

2．(2019·精选模拟)下列各组离子在指定的溶液中能大量共存的有________(填序号)。

①＝10－12的溶液中：Na＋、K＋、SiO、CO

②含有大量Fe2＋的溶液中：K＋、Fe3＋、[Fe(CN)6]3－、SO

③无色溶液中：K＋、SO、Cr2O、Na＋

④滴入KSCN溶液显血红色的溶液中：NH、Mg2＋、SO、Cl－

⑤滴加甲基橙试剂显红色的溶液中：Na＋、Fe2＋、Cl－、NO

⑥在[Fe3＋]＝1 mol·L－1的溶液中：K＋、NH、SCN－、NO

⑦中性溶液中：Al3＋、Fe3＋、SO、ClO

⑧＝1×10－13 mol·L－1的溶液中：NH、Ca2＋、Cl－、NO

[解析]　②中Fe2＋与[Fe(CN)6]3－形成蓝色沉淀；③中Cr2O为橙色；⑤中NO(H＋)氧化Fe2＋；⑥中Fe3＋与SCN－发生络合反应；⑦中Al3＋、Fe3＋水解呈酸性。

[答案]　①④⑧

常见离子的检验

1．一般离子的检验

提醒：Br－、I－的其他检验方法

(1)Br－：氯水和CCl4，分层和下层为橙红色现象。

(2)I－：氯水和CCl4，分层和下层为紫红色现象；或氯水和淀粉，溶液变蓝。

2．两种常考阴离子的检验

(1)SO的检验

①检验方法

②排除干扰

提醒：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

◎命题点1　常见离子的检验

1．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(　　)

B　[A项，Ag＋干扰；C项，Na＋焰色反应干扰K＋，无法确定溶液中是否含有K＋；D项，没有加热操作，NH无法确定。]

2．某化学兴趣小组在课外活动中，对某一份溶液成分(已知不含其他还原性离子)进行了检测，其中三次检测结果如下表所示：

则下列说法合理的是(　　)

A．三次检测结果都正确

B．该溶液中的阳离子无法判断

C．为了检验SO，应先加过量稀硝酸后再滴加Ba(NO3)2溶液，观察是否有沉淀现象

D．为了确定是否存在CO，可以向其中滴加CaCl2溶液，观察是否有沉淀现象

C　[Al3＋与CO不能大量共存于溶液中，第二次检测结果不正确，A项错误；因第一次、第三次检测中均有CO，阳离子均只有K＋、Na＋，故溶液中的阳离子可以确定，B项错误；CO也能与Ba2＋结合形成沉淀，先加过量稀硝酸可排除CO的干扰，再加Ba(NO3)2溶液来检验SO，C项正确；CaSO4也可沉淀出来，D项错误。]

◎命题点2　设计物质检验的实验方案

3．结晶析出Na2S2O3·5H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。利用所给试剂设计实验，检验产品中是否存在Na2SO4，简要说明实验操作、现象和结论：

________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解：S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O

可供选择的试剂：稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液。

[答案]　取少量产品溶于足量稀盐酸，静置，取上层溶液(或过滤，取滤液)于一试管中，滴加BaCl2溶液，若产生白色沉淀则说明含有Na2SO4杂质(答案合理即可)

4．已知：5SO＋2IO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O

某含碘废水(pH约为8)中一定存在I2，可能存在I－、IO中的一种或两种。请补充完整检验含碘废水中是否含有I－、IO的实验方案：取适量含碘废水用CCl4多次萃取、分液，直到水层用淀粉溶液检验不出有碘单质存在；______________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[答案]　从水层取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加盐酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有I－；若溶液不变蓝，说明废水中不含有I－。另从水层取少量溶液，加入1～2 mL淀粉溶液，加盐酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液变蓝，说明废水中含有IO；若溶液不变蓝，说明废水中不含有IO

“四项基本原则”突破离子推断

——证据推理与模型认知

离子反应的一个重要应用是离子推断，分析近几年高考试题，涉及离子推断的试题有所体现。题目特点涉及的离子有时较多，离子的干扰常作为命题者设计的陷阱，体现了“证据推理与模型认知”的核心素养。

“四项基本原则”推导离子的思路

[典例导航]

某溶液中可能含有Cl－、SO、CO、NH、Fe3＋、Al3＋和K＋。取该溶液100 mL，加入过量NaOH溶液，加热，得到0.02 mol气体，同时产生红褐色沉淀；过滤，洗涤，灼烧，得到1.6 g固体；向上述滤液中加足量BaCl2溶液，得到4.66 g不溶于盐酸的沉淀。由此可知原溶液中(　　)

A．至少存在5种离子

B．Cl－一定存在，且[Cl－]≥0.4 mol·L－1

C．SO、NH一定存在，Cl－可能不存在

D．CO、Al3＋一定不存在，K＋可能存在

[思路点拨]　

B　[根据加入过量NaOH溶液，加热，得到0.02 mol气体，说明有NH，为0.02 mol，同时产生红褐色沉淀，说明有Fe3＋，而且为0.02 mol，则没有CO；根据不溶于盐酸的4.66 g沉淀，说明有SO，且为0.02 mol，则根据电荷守恒可知一定有Cl－，至少有0.04 mol，B正确。]

通过补充什么实验步骤可确定溶液中是否含有K＋、Al3＋？

[答案]　用洁净的铂丝蘸取原溶液，在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察是否有紫色火焰，确定是否含K＋；取最后的滤液少许，加入盐酸，观察是否存在开始沉淀生成，后来又溶解的现象，确定是否含有Al3＋。

1．某同学为检验溶液中是否含有常见的几种无机离子，进行了如图所示的实验操作。其中检验过程中产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。由该实验能得到的正确结论是(　　)

A．原溶液中一定含有SO

B．原溶液中一定含有NH

C．原溶液中一定含有Cl－

D．原溶液中一定含有Fe3＋

B　[原溶液中加入Ba(NO3)2和HCl生成白色沉淀，原溶液中可能存在SO、SO或Ag＋，A错误；因检验过程中产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明原溶液中一定含有NH，B正确；加AgNO3溶液产生白色沉淀，可能是加入的HCl引起的，C错误；加入KSCN溶液得到红色溶液，Fe3＋可能是由原溶液中的Fe2＋被H＋、NO氧化而来的，故原溶液中不一定含有Fe3＋，D错误。]

2．某无色溶液是两种溶质溶于水形成的浓溶液，其中含有6种离子。为鉴别这两种溶质，进行了以下实验：

①取少量溶液，加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成。

②取少量溶液，逐滴滴加浓NaOH溶液，先出现白色沉淀；然后有无色刺激性气体生成，用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝；最后沉淀逐渐溶解。

这两种溶质可能是(　　)

A．MgSO4、NH4NO3

B．AlCl3、NH4Cl

C．Al2(SO4)3、NH4Cl

D．AgNO3、(NH4)2SO4

C　[A项，实验②如入浓NaOH溶液，先出现白色沉淀Mg(OH)2，然后生成刺激性气体NH3，但沉淀最终不溶解，错误；B项，AlCl3、NH4Cl溶液中加入BaCl2溶液，无白色沉淀生成，且溶液中只存在5种离子，错误；C项，实验①生成BaSO4白色沉淀，实验②生成Al(OH)3白色沉淀和NH3，最后Al(OH)3溶解，正确；D项，Ag＋与SO不共存，错误。]

3．某溶液中可能含有SO、NO、CO、NH、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Na＋中的几种，且所含阴离子浓度相同(忽略OH－和H＋)。某化学兴趣小组设计了如下实验方案以确定该溶液中所含离子成分，下列说法正确的是(　　)

A．该溶液中一定含有SO、NH、Fe3＋、Na＋

B．溶液中一定只含有三种阳离子

C．通过计算，溶液中一定含有Fe2＋，且其浓度可能与Fe3＋相等

D．向溶液中加入少量盐酸，一定会有红棕色气体产生

C　[加入NaOH溶液有气体产生，所以有NH且为0.01 mol；有红褐色沉淀，所以一定有Fe3＋，但Fe2＋无法确定，因为生成的少量白色沉淀会被红褐色沉淀掩盖，根据灼烧后有1.6 g固体Fe2O3，即0.01 mol，可知溶液中铁元素的物质的量为0.02 mol，根据离子共存可知不会有CO；由于加入了过量NaOH溶液，所以原溶液中是否含有Na＋无法确定；如果有Al3＋，则滤液中通入CO2会有沉淀，故可排除Al3＋；根据所得BaSO4沉淀质量，可知含有SO且n(SO)＝0.02 mol；若溶液中没有Na＋，则阳离子所带正电荷大于0.01 mol＋0.02 mol×2＝0.05 mol，小于等于0.01 mol＋0.02 mol×3＝0.07 mol，则一定存在NO，阴离子浓度相同，阴离子所带负电荷为0.02 mol×2＋0.02 mol＝0.06 mol，根据电荷守恒可知，则一定含有Fe2＋，设为x mol，则0.06＝0.01＋2x＋3×(0.02－x)，x＝0.01，Fe2＋与Fe3＋浓度相等；若含有Na＋，则n(Fe2＋)>0.01 mol，n(Fe3＋)<0.01 mol，故溶液中可能含有四种阳离子；溶液中一定含有Fe2＋，且其浓度可能与Fe3＋相等；溶液中NO的浓度不大，因此加入少量盐酸，与Fe2＋反应产生NO无色气体。综上所述，A、B、D错误，C正确。]

[一题串知，落实考法]

某水溶液中可能含有K＋、Al3＋、Fe3＋、Mg2＋、Ba2＋、NH、Cl－、CO、SO中的若干种离子，某同学取100 mL的溶液分成两等份进行如下实验：

①第一份加过量的NaOH溶液后加热，收集到0.02 mol气体，无沉淀产生，同时得到溶液甲。

②向溶液甲中通入过量的CO2气体，生成白色沉淀，经过滤、洗涤、灼烧后，得到1.02 g固体。

③第二份加足量的氯化钡溶液后，生成白色沉淀，沉淀经盐酸充分洗涤，干燥，得到11.65 g固体。

(1)实验①可以得出的结论是____________________________。[考查NH的检验及其计算]

(2)实验②生成沉淀的离子方程式为_____________________。[考查离子方程式书写]

(3)实验①②③可得出一定存在的离子有____________；一定不含的离子有________________；可能含有的离子有________________。[考查离子共存和离子推断]

[答案]　(1)溶液含有NH，其物质的量为0.02 mol，不含Fe3＋、Mg2＋

(2)[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO

(3)NH、Al3＋、SO、K＋　Fe3＋、Mg2＋、Ba2＋、CO　Cl－

[真题验收，感悟考向]

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)(2017·全国卷Ⅱ)向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，发现黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明Fe的还原性强于Fe2＋。              (　　)

(2)(2017·江苏高考)向久置的Na2SO3溶液中加入足量BaCl2溶液，出现白色沉淀；再加入足量稀盐酸，部分沉淀溶解，说明部分Na2SO3被氧化。              (　　)

(3)(2016·四川高考)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明该溶液中一定含有CO。              (　　)

(4)(2016·四川高考)向某食盐溶液中滴加淀粉溶液，溶液颜色不变，说明该食盐中一定没有添加碘酸钾。              (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×

2．(2019·全国卷Ⅲ)离子交换法净化水过程如图所示。下列说法中错误的是(　　)

A．经过阳离子交换树脂后，水中阳离子的总数不变

B．水中的NO、SO、Cl－通过阴离子树脂后被除去

C．通过净化处理后，水的导电性降低

D．阴离子树脂填充段存在反应H＋＋OH－===H2O

A　[A项，由题图可知，经过阳离子交换树脂后，Ca2＋、Na＋、Mg2＋交换为H＋，由电荷守恒知，阳离子总数会增加，错误；B项，由题图可知，通过阴离子交换树脂后，NO、Cl－、SO被除去，正确；C项，通过净化处理后，水中的导电离子种类与浓度降低，水的导电性降低，正确；D项，阴离子树脂填充段存在反应H＋＋OH－===H2O，正确。]

3．(2016·全国卷Ⅱ，T12)某白色粉末由两种物质组成，为鉴别其成分进行如下实验：

①取少量样品加入足量水仍有部分固体未溶解；再加入足量稀盐酸，有气泡产生，固体全部溶解；

②取少量样品加入足量稀硫酸有气泡产生，振荡后仍有固体存在。

该白色粉末可能为(　　)

A．NaHCO3、Al(OH)3　 B．AgCl、NaHCO3

C．Na2SO3、BaCO3 D．Na2CO3、CuSO4

C　[A项中，NaHCO3、Al(OH)3加入足量水中，NaHCO3溶解，Al(OH)3不溶解；加入稀盐酸，固体全部溶解，且有气泡产生；NaHCO3、Al(OH)3均能与H2SO4反应，最后不会有固体剩余；B项中，NaHCO3溶于水，AgCl不溶于水，加入足量稀盐酸，AgCl仍不溶解；C项中Na2SO3溶于水，BaCO3不溶于水，BaCO3能溶于稀盐酸：BaCO3＋2HCl===BaCl2＋H2O＋CO2↑，Na2SO3、BaCO3均能与稀硫酸反应：Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋H2O、BaCO3＋H2SO4===BaSO4↓＋H2O＋CO2↑；D项中，CuSO4和Na2CO3都能溶于稀硫酸。]