■四川省成都市龍泉中學(xué)校 何建琴

■四川省成都市龍泉驛區(qū)第七中學(xué)校 于成祥

離子共存知識(shí)是考生在備考復(fù)習(xí)中必須突破的重難點(diǎn)之一,常以選擇題的形式考查。其所涉及的離子種類非常多,考生需要全面掌握各類離子的性質(zhì),分辨離子間發(fā)生的反應(yīng)類型,弄清復(fù)雜多變的溶液情形。離子反應(yīng)有四種反應(yīng)類型:復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)、完全雙水解反應(yīng)。本文從四種離子反應(yīng)類型的角度突破高考化學(xué)中的離子共存問題,結(jié)合典型例題進(jìn)行深入剖析,總結(jié)解答此類問題時(shí)必須警惕的四類“陷阱”。

一、復(fù)分解反應(yīng)

復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件是離子之間能夠產(chǎn)生沉淀、氣體或弱電解質(zhì)(弱酸、弱堿、水)。其中,離子之間是否能夠發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生沉淀,要求考生理解運(yùn)用溶解性口訣表(見表1),再?gòu)娜芙庑钥谠E表中歸納總結(jié)高中階段?？嫉碾x子共存知識(shí)。

表1

1.與幾乎所有離子均能大量共存的只有兩種離子:K+和Na+。

使用口訣“鉀鈉銨鹽硝酸鹽,都能溶在水中間”進(jìn)行理解,但注意“NO-3+H+”組合具有強(qiáng)氧化性,還原性離子不能共存。而NH+4與OH-會(huì)因?yàn)榘l(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而不能共存,NH+4與AlO-2、SiO2-3會(huì)因?yàn)榘l(fā)生完全雙水解反應(yīng)而不能共存。所以,與幾乎所有離子均能大量共存的只有兩種離子:K+和Na+。

2.與CO2-3 、PO3-4 、SO2-3 、SiO2-3 不能大量共存的離子:除K+、Na+、NH+4 外的所有陽(yáng)離子。

使用口訣“碳酸磷酸兩種鹽,溶者只有鉀鈉銨”進(jìn)行理解。亞硫酸鹽和硅酸鹽的溶解性與碳酸磷酸鹽的溶解性幾乎相同,如:Ca2+與SO2-3或SiO2-3均會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)分別生成CaSO3和CaSiO3沉淀。

3.與SO2-4 不能大量共存的有四種離子: Ba2+、Pb2+、Ca2+、Ag+。

使用口訣“硫酸難溶是鋇鉛”進(jìn)行理解,即BaSO4和PbSO4是 難 溶 物。CaSO4、Ag2SO4是微溶物,寫離子方程式時(shí),微溶物作生成物當(dāng)沉淀處理。

4.與Cl-不能大量共存的有兩種離子:Ag+和Hg2+2 (亞汞離子)。

使用口訣“鹽酸難溶銀亞汞”,即AgCl和Hg2Cl2是難溶物。

離子之間是否能夠發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生弱電解質(zhì)(弱酸、弱堿、水)或氣體,高中階段要求考生理解記憶常見的一些弱電解質(zhì)(見表2)。在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出其中隱含的離子共存知識(shí)。

表2

5.與H+發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而不能大量共存的離子主要有兩類:

(1)OH-。

(2)弱 酸 的 酸 根 離 子,如F-、ClO-、HCOO-、CH3COO-、CN-、CO2-3、HCO-3、SO2-3、HSO-3、S2-、HS-、SiO2-3、C2O2-4、HC2O-4、PO3-4、HPO2-4、H2PO-4。

記憶技巧:應(yīng)先記住常見的弱酸,進(jìn)而推出弱酸的酸根離子。

6.與OH-發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而不能大量共存的離子主要有兩類:

(1)除K+、Na+、Ba2+外的所有陽(yáng)離子。

(2)多元弱酸的酸式酸根離子:如HCO-3、HSO-3、HS-、HC2O-4、HPO2-4、H2PO-4等。

小結(jié):與H+和OH-均能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而不能大量共存的離子為多元弱酸的酸式酸根離子,如HCO-3、HSO-3、HS-、HC2O-4、HPO2-4、H2PO-4等。

二、氧化還原反應(yīng)

一般情況下,氧化性離子與還原性離子之間會(huì)因?yàn)榘l(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。因此首先要求考生記住常見的五種氧化性離子及五種還原性離子的還原性順序(見表3)。在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出其中隱含的離子共存知識(shí)。

表3

1.表3中氧化性離子和還原性離子之間會(huì)因?yàn)榘l(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存,但應(yīng)注意Fe3+與Fe2+、Fe3+與Br-不反應(yīng),可共存。

2.NO-3在堿性和中性環(huán)境中沒有氧化性,其在酸性環(huán)境中才具有氧化性。即“NO-3+H+”組合才具有強(qiáng)氧化性,一般,“NO-3+H+”組合等效于稀硝酸,其還原產(chǎn)物為NO↑。

3.ClO-在酸性、中性和堿性環(huán)境中均有較強(qiáng)的氧化性。

4.Cl-與MnO-4在堿性、中性條件下可大量共存,但在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。反應(yīng)的離子方程式為

2MnO-4+ 10Cl-+ 16H+＝＝2Mn2++5Cl2↑+8H2O。

5.掌握三組?？嫉臍w中反應(yīng)。

(1)S2-與SO2-3在堿性、中性條件可大量共存,但在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。發(fā)生的歸中反應(yīng)為2S2-+SO2-3+6H+＝＝3S↓+3H2O

(2)X-與XO-3在堿性、中性條件可大量共存,但在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。發(fā)生的歸中反應(yīng)為5X-+XO-3+6H+＝＝3X2+3H2O(X代表Cl、Br、I)。

(3)X-與XO-在堿性、中性條件可大量共存,但在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。發(fā)生的歸中反應(yīng)為X-+XO-+2H+＝＝X2+H2O(X 代表Cl、Br、I)。

如“84”消毒液(NaClO 和NaCl)與潔廁靈(鹽酸)不能混用,會(huì)放出毒氣。其涉及的離子方程式為Cl-+ClO-+2H+＝＝Cl2↑+H2O。

6.與H+發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)的離子為S2O2-3(硫代硫酸根離子)。發(fā)生的歧化反應(yīng)為S2O2-3+2H+＝＝S↓+SO2↑+H2O。

三、絡(luò)合反應(yīng)(或配位反應(yīng))

能生成配離子或配合物的化學(xué)反應(yīng)稱為絡(luò)合反應(yīng)(或配位反應(yīng))。高中階段要求考生掌握因發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而不能大量共存的離子主要有兩類:

四、完全雙水解反應(yīng)

當(dāng)兩種不同的鹽溶液混合時(shí),其中一種鹽能夠較強(qiáng)烈地水解呈酸性,而另一種鹽能夠較強(qiáng)烈地水解呈堿性,兩者相互促進(jìn),使雙方水解反應(yīng)進(jìn)行到底的這種反應(yīng)叫完全雙水解反應(yīng),簡(jiǎn)稱“完全雙水解”。高中階段要讓考生理解記憶的由于發(fā)生完全雙水解反應(yīng)而不能大量共存的離子主要有四類(見表4)。

表4

其中,應(yīng)該特別注意下列離子之間發(fā)生的不是完全雙水解反應(yīng):

1.Fe3+與HSO-3、SO2-3、S2-、HS-是因?yàn)榘l(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。

2.常溫,Fe3+或Al3+在中性溶液中不存在。因?yàn)槌叵轮行匀芤簆H=7,此時(shí)Fe3+或Al3+已經(jīng)完全水解為沉淀。

3.不完全雙水解是兩種離子都能水解且水解相互促進(jìn),但總的水解程度仍然很小,雙方水解反應(yīng)不能進(jìn)行到底。所以發(fā)生不完全雙水解的兩種離子在溶液中仍然可以大量共存。需要讓考生記住下列兩組典型的不完全雙水解:

(1)NH+4和 F-、ClO-、HCOO-、CH3COO-、CN-、HCO-3、CO2-3、HSO-3、SO2-3、S2-、HS-、C2O2-4、HC2O-4、PO3-4、HPO2-4、H2PO-4等大多數(shù)弱酸陰離子(除AlO-2、SiO2-3等外)之間均發(fā)生的是不完全雙水解,因此能大量共存。

(2)Mg2+和HCO-3之間發(fā)生的是不完全雙水解,在同一溶液中能大量共存。

4.Mg2+或Ag+與CO2-3是因發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生MgCO3↓或Ag2CO3↓而不大量共存。

5.Cu2+與S2-或HS-是因?yàn)榘l(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生CuS↓而不能大量共存。

6.AlO-2與HCO-3、HSO-3是因?yàn)榘l(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而不能大量共存。離子方程式分別為AlO-2+HCO-3+H2O ＝＝Al(OH)3↓+ CO2-3,AlO-2+ HSO-3+ H2O ＝＝Al(OH)3↓+SO2-3。

注意:發(fā)生完全雙水解反應(yīng)而不能大量共存的兩種離子必須是 “弱酸陰離子+弱堿陽(yáng)離子”的組合(口訣:“一陰一陽(yáng)”),因?yàn)槿跛彡庪x子水解顯堿性,弱堿陽(yáng)離子水解顯酸性,兩者才會(huì)水解相互促進(jìn)而最終發(fā)生完全雙水解。AlO-2與HCO-3水解均顯堿性,其水解相互抑制,兩者不會(huì)發(fā)生雙水解。

五、典例剖析

例1下列微粒在所給條件下,一定可以大量共存的是( )。

A.與單質(zhì)鋁反應(yīng)能產(chǎn)生大量氫氣的溶液中:HCO-3、K+、Cl-、NO-3

B.常溫下,pH＜1的溶液中:Fe3+、Al3+、MnO-4、NH+4

C.澄清透明酸性 溶液中:NO-3、Na+、Fe2+、SO2-4

D.遇酚酞顯紅色的溶液中:Cl2、K+、NO-3、SO2-4

解析：與單質(zhì)鋁反應(yīng)能產(chǎn)生大量氫氣的溶液有可能顯酸性,也有可能顯堿性。注意:顯酸性時(shí)溶液中不能含有NO-3,因?yàn)椤癗O-3+H+”組合具有強(qiáng)氧化性,其與Al反應(yīng)生成NO 氣體,而不是H2,反應(yīng)的離子方程式為Al+4H++NO-3＝＝Al3++NO↑+2H2O。多元弱酸的酸式酸根離子HCO-3與酸性溶液中的H+或堿性溶液中的OH-都會(huì)發(fā)生反應(yīng)而不能大量共存,A 項(xiàng)不符合題意。

常溫下,pH＜1的溶液顯酸性,含有大量H+,Fe3+、Al3+、MnO-4、NH+4四種離子相互之間不反應(yīng),也不與H+反應(yīng),故可以大量共存,B項(xiàng)符合題意。

“透明或澄清”≠“無(wú)色”,因?yàn)椤巴该骰虺吻濉敝傅氖菬o(wú)難溶物和微溶物,但并不意味著溶液無(wú)色。酸性溶液中含有大量H+,“NO-3+H+”組合具有強(qiáng)氧化性,Fe2+具有還原性,三者會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存,反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++4H++NO-3＝＝3Fe3++NO↑+2H2O,C項(xiàng)不符合題意。

遇酚酞顯紅色的溶液pH＞10.0,顯堿性,含有大量OH-,OH-與Cl2會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)(或歧化反應(yīng))而不能大量共存,反應(yīng)離子方程式為Cl2+2OH-＝＝Cl-+ClO-+H2O,D 項(xiàng)不符合題意。

答案：B

例2室溫下,下列各組離子在給定條件下,一定能大量共存的是( )。

A.含有大量Fe3+的溶液中:Na+、NH+4、SO2-4、CN

B.通入CO2氣體:Ca2+、Fe2+、Br-、Cl-

C.含大量AlO-2的溶液中:Cu2+、NO-3、Mg2+、Cl-

D.含有SO2氣體的溶液中:K+、Na+、ClO-、SO2-4

解析：Fe3+與CN-會(huì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成配離子[Fe(CN)6]3-而不共存,離子方程式為Fe3++ 6CN-＝＝[Fe(CN)6]3-,A 項(xiàng)不符合題意。

通入CO2氣體后,溶液顯酸性,但四種離子(Ca2+、Fe2+、Br-、Cl-)相互之間不反應(yīng),也不與CO2或H+反應(yīng),故可以大量共存,B項(xiàng)符合題意。

AlO-2與Cu2+、Mg2+等大多數(shù)弱堿陽(yáng)離子會(huì)發(fā)生完全雙水解反應(yīng)而不能大量共存,C項(xiàng)不符合題意。

SO2有強(qiáng)還原性,與氧化性離子ClO-會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存,D 項(xiàng)不符合題意。

答案：B

例3常溫下,下列各組離子在指定溶液中可能大量共存的是( )。

A.含NH+4的 溶 液 中:CO2-3、SiO2-3、SO2-4、Na+

B.由水電離產(chǎn)生c(OH-)=1×10-13mol·L-1的 溶 液 中:K+、Na+、I-、C2O2-4

C.在 無(wú) 色 透 明 溶 液 中:K+、Fe2+、[Fe(CN)6]3-、NO-3

D.中性溶液中:Fe3+、Ba2+、Br-、K+

解析：NH+4與SiO2-3會(huì)發(fā)生完全雙水解反應(yīng)而不能大量共存,A 項(xiàng)不符合題意。

由水電離產(chǎn)生c(OH-)=1×10-13mol·L-1的溶液有可能顯酸性,也有可能顯堿性。雖然酸性溶液時(shí),H+與C2O2-4會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成弱酸(H2C2O4)而不能大量共存;但若為 堿 性 溶 液 時(shí),四 種 離 子(K+、Na+、I-、C2O2-4)相互之間不反應(yīng),也不與OH-反應(yīng),可以大量共存,故K+、Na+、I-、C2O2-4離子在指定溶液中可能大量共存,B項(xiàng)符合題意。

“無(wú)色”溶液,不能含 “有色”離子(Fe2+呈淺綠色,[Fe(CN)6]3-呈黃色);此外,Fe2+與[Fe(CN)6]3-會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀而不能大量共存,反應(yīng)的離子方程式為3Fe2++2[Fe(CN)6]3-＝＝Fe3[Fe(CN)6]2↓,C項(xiàng)不符合題意。

常溫,呈中性的溶液pH=7,而pH＞3時(shí),Fe3+已經(jīng)全部水解為Fe(OH)3↓,故Fe3+在中性溶液中不存在,D 項(xiàng)不符合題意。

答案：B

例4下列各組離子在強(qiáng)酸性條件下因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的是( )。

A.Mg2+、Na+、SO2-4、Cl-

B.K+、CO2-3、Cl-、NO-3

C.Na+、Cl-、SO2-3、S2-

D.Al3+、Cl-、SO2-4、AlO-2

解析：Mg2+、Na+、SO2-4、Cl-四種離子相互之間不反應(yīng),也不與H+反應(yīng),可以大量共存,A 項(xiàng)不符合題意。

H+與CO2+3會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成CO2和水而不能大量共存,B項(xiàng)不符合題意。

SO2-3、S2-在堿性、中性條件下可大量共存,但在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。發(fā)生的歸中反應(yīng)為2S2-+SO2-3+6H+＝＝3S↓+3H2O,C 項(xiàng) 符 合題意。

Al3+與AlO-2會(huì)發(fā)生完全雙水解反應(yīng)生成Al(OH)3↓而不能大量共存,離子方程式為Al3++3AlO-2+6H2O ＝＝4Al (OH)3↓,D 項(xiàng)不符合題意。

答案：C

點(diǎn)評(píng)：在解答離子共存類試題時(shí),除要厘清離子反應(yīng)的四種反應(yīng)類型外,還要警惕下列四類“陷阱”:

1.警惕 “關(guān)鍵詞:一定/可能/不能”。

在解答離子共存類試題時(shí),首先應(yīng)該審清題干中的關(guān)鍵詞語(yǔ),如“一定大量共存”(見例1、例2)、“可能大量共存”(見例3)或“不能大量共存”(見例4)。

2.警惕 “顏色”陷阱。

記住八種常見的“有色”離子:Cu2+(藍(lán)色)、Fe2+(淺 綠 色)、Fe3+(黃 色)、[Fe(CN)6]3-(鐵氰根,黃色)、MnO4-(紫色)、Cr2O27-(重鉻酸根,橙色)、CrO24-(鉻酸根,黃色)、Cr3+(灰綠色)。

注意：“無(wú)色”溶液中不能含有上述“有色”離子(見例3 中C 項(xiàng));“透明或澄清”≠“無(wú)色”(見例1中C 項(xiàng)),因?yàn)椤巴该骰虺吻濉敝傅氖菬o(wú)難溶物和微溶物,所以“透明或澄清”溶液中可以含有上述“有色”離子。

3.警惕 “溶液的酸堿性”。

(1)常見表示呈酸性的溶液。

①c(H+)＞c(OH-);

②常溫,pH＜7(見例1中B項(xiàng));

③常溫,c(H+)＞1.0×10-7mol·L-1;

④使甲基橙呈紅色的溶液,pH＜3.1;

⑤使紫色石蕊試液變紅的溶液;

⑥使pH 試紙變紅的溶液;

⑦含有大量Al3+、Fe3+等弱堿陽(yáng)離子的溶液因?yàn)樗舛@酸性;

(2)常見表示呈堿性的溶液。

①c(H+)＜c(OH-);

②常溫,pH＞7;

③常溫,c(H+)＜1.0×10-7mol·L-1;

④使石蕊呈藍(lán)色的溶液;

⑤使pH 試紙變藍(lán)的溶液;

⑥使酚酞變紅的溶液,pH＞10.0(見例1中D 項(xiàng));

⑧含 有 大 量AlO-2、SO2-3、S2-等 弱 酸 陰離子的溶液因?yàn)樗舛@堿性。

(3)常見表示溶液既可能呈酸性又可能呈堿性的表述。

①與Al反應(yīng)放出H2,溶液可能顯酸性或堿性(見例1 中A 項(xiàng))。離子方程式分別為2Al+6H+＝＝2Al3++3H2↑ ,2Al+2OH-+2H2O ＝＝2AlO-2+3H2↑。注意:顯酸性時(shí)溶液中不能含NO-3,因?yàn)椤癗O-3+H+”組合具有強(qiáng)氧化性,其與Al反應(yīng)生成NO 氣體,而不是H2。反應(yīng)離子方程式為Al+4H++NO-3＝＝Al3++NO↑+2H2O。

②能夠溶解Al、Al2O3或Al(OH)3的溶液,可能顯酸性或堿性。

③常溫下由水電離出的c(H+)水=c(OH-)水＜1.0×10-7mol·L-1,溶液可能顯酸性或堿性(見例3中B 項(xiàng))。常溫,純水中,由水電離出的c(H+)水=c(OH-)水=1.0×10-7mol·L-1,而酸或堿加入水中,均會(huì)抑制水的電離,從而使得由水電離出的c(H+)水=c(OH-)水＜1.0×10-7mol·L-1,所以溶液可能顯酸性或堿性。

④常溫下由水電離出的c(H+)水=c(OH-)水＞1.0×10-7mol·L-1,溶液可能顯酸性或堿性。常溫,在水中加入可以水解的鹽,會(huì)促進(jìn)水的電離,從而使得由水電離出的c(H+)水=c(OH-)水＞1.0×10-7mol·L-1,而鹽類的水解可能使溶液顯酸性、中性或堿性。

⑤能與NH4HCO3、(NH4)2CO3、NH4HSO3、(NH4)2SO3、NH4HS、(NH4)2S 反應(yīng)產(chǎn)生氣體的溶液可能顯酸性或堿性。

⑥使甲基橙呈黃色的溶液,指的是pH＞4.4,溶液可能顯酸性、中性或堿性。

使酚酞呈無(wú)色的溶液,指的是pH＜8.2,溶液可能顯酸性、中性或堿性。

4.警惕 “特定情況下的隱含因素”。

(1)通入NH3的溶液顯堿性,則應(yīng)該考慮與OH-或NH3反應(yīng)的離子不能存在。

(2)通入CO2的溶液具有酸性,則應(yīng)該考慮與H+或CO2反應(yīng)的離子不能存在(見例2中B項(xiàng))。

(3)通入SO2的溶液具有酸性和強(qiáng)還原性,則應(yīng)該考慮與H+或SO2反應(yīng)的離子及氧化性離子不能存在(見例2中D 項(xiàng))。

(4)通入Cl2的溶液或飽和氯水具有酸性和強(qiáng)氧化性,則應(yīng)該考慮與H+反應(yīng)的離子及還原性離子不能存在。

(5)加入Na2O2的溶液具有堿性和強(qiáng)氧化性,則應(yīng)該考慮與OH-反應(yīng)的離子及還原性離子不能存在。

(6)漂白粉溶液或“84”消毒液均因含有ClO-而具有強(qiáng)氧化性,則應(yīng)該考慮還原性離子不能存在。