關(guān)于溶液中離子組成的判斷方法詳解
時(shí)間：
未知2
化學(xué)備考
電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)實(shí)際上是離子之間的反應(yīng)，能發(fā)生反應(yīng)的離子在溶液中是不能大量共存的。根據(jù)溶液特征判斷溶液中離子組成是高中化學(xué)常考題型之一，是離子反應(yīng)重要的考查方式，不同題意方法有多種，今就判斷溶液離子組成的幾種常用方法進(jìn)行解析，從中體會(huì)解題的一般思路，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣。
一、“肯定+否定”法判斷溶液離子組成
例1、一瓶澄清的溶液，其中可能含有NH4+、K+、Na+、Mg2+、Ba2+、Al3+、Cl-、
I-、NO3-、CO32-、SO42-離子，取該溶液進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：
(1)取pH試紙檢驗(yàn)，溶液呈酸性。
(2)取出部分溶液，加入少量CCl4及數(shù)滴新制氯水，經(jīng)振蕩后CCl4層呈紫色。
(3)另取部分溶液逐漸加入少量NaOH溶液，使溶液從酸性逐漸變?yōu)閴A性，在滴加過(guò)程中和滴加完畢后，溶液均無(wú)沉淀產(chǎn)生。
(4)取上述部分堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產(chǎn)生。
(5)將(3)得到的堿性溶液加熱，有氣體放出，該氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)確定：
①該溶液中肯定存在的離子是_________; ②肯定不存在的離子是_________;
③還不能確定是否存在的離子是__________________________________。
解析：溶液呈酸性肯定有H+，所以肯定不含有CO32-;加入少量CCl4及數(shù)滴新制氯水，經(jīng)振蕩后CCl4層呈紫色，一定含有I—，所以肯定不含有NO3-;加入NaOH溶液，過(guò)程中和滴加完畢溶液均無(wú)沉淀產(chǎn)生，肯定不含有Mg2+和Al3+;上述堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，肯定含有Ba2+，肯定不含有SO42-;將(3)溶液加熱，有使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)氣體放出，肯定含有NH4+。綜合以上，溶液中肯定存在的離子是Ba2+、I-、NH4+ ;肯定不存在的離子是CO32-、NO3-、Mg2+、Al3+、SO42- ;不能確定是否存在的離子是K+、Na+、Cl-。
這種“肯定+否定”相關(guān)聯(lián)的方法確保了思維的嚴(yán)密性，是正確解答問(wèn)題的基礎(chǔ)。
二、“陽(yáng)離子+陰離子”法判斷溶液離子組成
例2、某無(wú)色透明溶液，與鋁反應(yīng)放出氫氣，下列離子：Mg2+，Cu2+，Ba2+，H+，Ag+，SO42-，SO32-，HCO3-，OH-，NO3-，試判斷以下兩種情況何者能存在于此溶液中。
①當(dāng)生成Al3+時(shí)，可能存在____________。
②當(dāng)生成AlO2—時(shí)，可能存在___________。
解析：無(wú)色透明溶液，一定不含Cu2+;與鋁反應(yīng)放出氫氣，則溶液可能酸性也可能堿性，一定不含HCO3-;當(dāng)生成Al3+時(shí)溶液呈強(qiáng)酸性，含有H+，由此排除OH-，SO32-，NO3-(HNO3和Al反應(yīng)不放氫氣)存在，溶液中至少有一種陰離子，所以一定含有SO42-，根據(jù)SO42-的存在排除Ba2+和Ag+，溶液中還可能含有Mg2+。
當(dāng)生成AlO2—時(shí)溶液呈強(qiáng)堿性，含有OH-，由此排除H+，Mg2+，Ag+存在，溶液中至少有一種陽(yáng)離子，所以一定含有Ba2+，根據(jù)Ba2+的存在排除SO42-和SO32-，溶液中還可能含有NO3-。
溶液中至少有一種陰離子或陽(yáng)離子可以使好多貌似難解的題目變得豁然開(kāi)朗，是解決此類習(xí)題有效的隱形助手。
三、“定性+定量”法判斷溶液離子組成
例3、今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：
K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-，現(xiàn)取三份100 mL溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀產(chǎn)生
(2)第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04 mol
(3)第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27 g，經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為2.33 g。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，以下推測(cè)正確的是。
A.K+一定存在 B.100 mL溶液中含0.01 mol CO32-
C.Cl-可能存在 D.Ba2+一定不存在，Mg2+可能存在
解析：本題是一個(gè)定性加定量的判斷題。加足量NaOH溶液收集到氣體0.04 mol，溶液中一定含有NH4+且為0.04 mol;根據(jù)加入BaCl2溶液得沉淀，經(jīng)鹽酸洗滌后沉淀部分溶解，溶液中一定含有CO32-、SO42-，不含Mg2+(Mg2+和CO32-不共存)
n(SO42-)=2.33 g/233 g·mol-1=0.01 mol，
n(CO32-)=(6.27 g-2.33 g)/137 g·mol-1=0.02 mol。
K+的存在是本題的難點(diǎn)，從定性的角度沒(méi)有涉及K+的反應(yīng)現(xiàn)象，但從電荷守恒角度分析，溶液中0.04 mol NH4+、0.01 mol SO42-、0.02 mol CO32-不是電中性溶液，所以溶液中一定含有K+且為0.02 mol。至于Cl-，可能有也可能沒(méi)有，如果有，K+更多。選A、C。
四、“瞻前+顧后”法判斷溶液離子組成
例4、某無(wú)色溶液，可能由Na+、Ag+、Ba2+、Al3+、AlO2-、MnO4-、CO32-、SO42-中的若干種組成。取該溶液進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：
(1)取適量試液，加入過(guò)量鹽酸，有氣體生成，并得到溶液;
(2)在(1)所得溶液中加入過(guò)量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時(shí)析出白色沉淀甲;
(3)在(2)所得溶液中加入過(guò)量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成，并有白色沉淀乙析出;則溶液中①一定不存在的離子是_________;②一定存在的離子是________________，③判斷沉淀乙成分的方法是___________________________。
解析：本題注重的不僅僅是離子之間的反應(yīng)，更應(yīng)注重在題設(shè)條件下離子之間的隱含反應(yīng)，如過(guò)量的試劑帶來(lái)的反應(yīng)，如離子反應(yīng)后新生成離子的反應(yīng)，要把離子反應(yīng)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“瞻前顧后”結(jié)合起來(lái)分析。加入過(guò)量鹽酸，有氣體生成，一定含有CO32-，同時(shí)排除Ag+、Ba2+、Al3+的存在;第二步是本題的難點(diǎn)，在(1)所得溶液中加入過(guò)量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時(shí)析出白色沉淀，應(yīng)該是Al3+和HCO3-的雙水解才會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象，不過(guò)Al3+已經(jīng)在第一步被排除，結(jié)合第一步，Al3+應(yīng)該是AlO2-和過(guò)量H+反應(yīng)生成的;突破這一點(diǎn)，本題題意變得明朗，在(2)所得溶液中加入過(guò)量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成NH3，并有白色沉淀乙析出，由于沒(méi)有涉及SO42-的反應(yīng)，乙則可能是碳酸鋇也可能是硫酸鋇。
答案：①Ag+、Ba2+、Al3+、MnO4-②Na+、AlO2-、CO32-③加入鹽酸，觀察沉淀是否完全溶解。
只有嚴(yán)密的思維才會(huì)產(chǎn)生正確的解題路徑，離子組成判斷類習(xí)題，有時(shí)需要多種方法的靈活整合，所以一定要熟練掌握各種基本的思路方法，才能在遇到新情境時(shí)靈活變通、舉一反三，提高解題的速度.
一、“肯定+否定”法判斷溶液離子組成
例1、一瓶澄清的溶液，其中可能含有NH4+、K+、Na+、Mg2+、Ba2+、Al3+、Cl-、
I-、NO3-、CO32-、SO42-離子，取該溶液進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：
(1)取pH試紙檢驗(yàn)，溶液呈酸性。
(2)取出部分溶液，加入少量CCl4及數(shù)滴新制氯水，經(jīng)振蕩后CCl4層呈紫色。
(3)另取部分溶液逐漸加入少量NaOH溶液，使溶液從酸性逐漸變?yōu)閴A性，在滴加過(guò)程中和滴加完畢后，溶液均無(wú)沉淀產(chǎn)生。
(4)取上述部分堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產(chǎn)生。
(5)將(3)得到的堿性溶液加熱，有氣體放出，該氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)確定：
①該溶液中肯定存在的離子是_________; ②肯定不存在的離子是_________;
③還不能確定是否存在的離子是__________________________________。
解析：溶液呈酸性肯定有H+，所以肯定不含有CO32-;加入少量CCl4及數(shù)滴新制氯水，經(jīng)振蕩后CCl4層呈紫色，一定含有I—，所以肯定不含有NO3-;加入NaOH溶液，過(guò)程中和滴加完畢溶液均無(wú)沉淀產(chǎn)生，肯定不含有Mg2+和Al3+;上述堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，肯定含有Ba2+，肯定不含有SO42-;將(3)溶液加熱，有使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)氣體放出，肯定含有NH4+。綜合以上，溶液中肯定存在的離子是Ba2+、I-、NH4+ ;肯定不存在的離子是CO32-、NO3-、Mg2+、Al3+、SO42- ;不能確定是否存在的離子是K+、Na+、Cl-。
這種“肯定+否定”相關(guān)聯(lián)的方法確保了思維的嚴(yán)密性，是正確解答問(wèn)題的基礎(chǔ)。
二、“陽(yáng)離子+陰離子”法判斷溶液離子組成
例2、某無(wú)色透明溶液，與鋁反應(yīng)放出氫氣，下列離子：Mg2+，Cu2+，Ba2+，H+，Ag+，SO42-，SO32-，HCO3-，OH-，NO3-，試判斷以下兩種情況何者能存在于此溶液中。
①當(dāng)生成Al3+時(shí)，可能存在____________。
②當(dāng)生成AlO2—時(shí)，可能存在___________。
解析：無(wú)色透明溶液，一定不含Cu2+;與鋁反應(yīng)放出氫氣，則溶液可能酸性也可能堿性，一定不含HCO3-;當(dāng)生成Al3+時(shí)溶液呈強(qiáng)酸性，含有H+，由此排除OH-，SO32-，NO3-(HNO3和Al反應(yīng)不放氫氣)存在，溶液中至少有一種陰離子，所以一定含有SO42-，根據(jù)SO42-的存在排除Ba2+和Ag+，溶液中還可能含有Mg2+。
當(dāng)生成AlO2—時(shí)溶液呈強(qiáng)堿性，含有OH-，由此排除H+，Mg2+，Ag+存在，溶液中至少有一種陽(yáng)離子，所以一定含有Ba2+，根據(jù)Ba2+的存在排除SO42-和SO32-，溶液中還可能含有NO3-。
溶液中至少有一種陰離子或陽(yáng)離子可以使好多貌似難解的題目變得豁然開(kāi)朗，是解決此類習(xí)題有效的隱形助手。
三、“定性+定量”法判斷溶液離子組成
例3、今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：
K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-，現(xiàn)取三份100 mL溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
(1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀產(chǎn)生
(2)第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04 mol
(3)第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27 g，經(jīng)足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質(zhì)量為2.33 g。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，以下推測(cè)正確的是。
A.K+一定存在 B.100 mL溶液中含0.01 mol CO32-
C.Cl-可能存在 D.Ba2+一定不存在，Mg2+可能存在
解析：本題是一個(gè)定性加定量的判斷題。加足量NaOH溶液收集到氣體0.04 mol，溶液中一定含有NH4+且為0.04 mol;根據(jù)加入BaCl2溶液得沉淀，經(jīng)鹽酸洗滌后沉淀部分溶解，溶液中一定含有CO32-、SO42-，不含Mg2+(Mg2+和CO32-不共存)
n(SO42-)=2.33 g/233 g·mol-1=0.01 mol，
n(CO32-)=(6.27 g-2.33 g)/137 g·mol-1=0.02 mol。
K+的存在是本題的難點(diǎn)，從定性的角度沒(méi)有涉及K+的反應(yīng)現(xiàn)象，但從電荷守恒角度分析，溶液中0.04 mol NH4+、0.01 mol SO42-、0.02 mol CO32-不是電中性溶液，所以溶液中一定含有K+且為0.02 mol。至于Cl-，可能有也可能沒(méi)有，如果有，K+更多。選A、C。
四、“瞻前+顧后”法判斷溶液離子組成
例4、某無(wú)色溶液，可能由Na+、Ag+、Ba2+、Al3+、AlO2-、MnO4-、CO32-、SO42-中的若干種組成。取該溶液進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：
(1)取適量試液，加入過(guò)量鹽酸，有氣體生成，并得到溶液;
(2)在(1)所得溶液中加入過(guò)量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時(shí)析出白色沉淀甲;
(3)在(2)所得溶液中加入過(guò)量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成，并有白色沉淀乙析出;則溶液中①一定不存在的離子是_________;②一定存在的離子是________________，③判斷沉淀乙成分的方法是___________________________。
解析：本題注重的不僅僅是離子之間的反應(yīng)，更應(yīng)注重在題設(shè)條件下離子之間的隱含反應(yīng)，如過(guò)量的試劑帶來(lái)的反應(yīng)，如離子反應(yīng)后新生成離子的反應(yīng)，要把離子反應(yīng)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“瞻前顧后”結(jié)合起來(lái)分析。加入過(guò)量鹽酸，有氣體生成，一定含有CO32-，同時(shí)排除Ag+、Ba2+、Al3+的存在;第二步是本題的難點(diǎn)，在(1)所得溶液中加入過(guò)量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時(shí)析出白色沉淀，應(yīng)該是Al3+和HCO3-的雙水解才會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象，不過(guò)Al3+已經(jīng)在第一步被排除，結(jié)合第一步，Al3+應(yīng)該是AlO2-和過(guò)量H+反應(yīng)生成的;突破這一點(diǎn)，本題題意變得明朗，在(2)所得溶液中加入過(guò)量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成NH3，并有白色沉淀乙析出，由于沒(méi)有涉及SO42-的反應(yīng)，乙則可能是碳酸鋇也可能是硫酸鋇。
答案：①Ag+、Ba2+、Al3+、MnO4-②Na+、AlO2-、CO32-③加入鹽酸，觀察沉淀是否完全溶解。
只有嚴(yán)密的思維才會(huì)產(chǎn)生正確的解題路徑，離子組成判斷類習(xí)題，有時(shí)需要多種方法的靈活整合，所以一定要熟練掌握各種基本的思路方法，才能在遇到新情境時(shí)靈活變通、舉一反三，提高解題的速度.