“离子共存”题型及解题思路归类例析
离子是否大量共存的问题是一种常考的题型,在高考中重现率较高。
考题涉及的内容覆盖面广,知识容量大,有很好的区分度。
该题型由于题中条件变化多端,共存情况复杂,不少学生往往判断错误。
其实,只要掌握离子共存问题的考查方式和解题思路,这类问题就会迎刃而解。
本文结合近年部分高考试题,对离子共存题的考查方式和解题思路進行归纳分析,供参考。
一、选择型离子共存问题及解题思路
多种离子能否在同一溶液中大量共存,归纳起来可用一句话概括,即“一色、二性、三特殊、四反应”。
一色:即题目对溶液颜色的要求,若为无色溶液,则Fe3+、Fe2+、Cu2+、MnO-4等有色离子均不能大量存在。
二性:即溶液的酸、碱性。
在强酸性溶液中,OH-及一切弱酸根离子(如CO2-3、SO2-3、S2-、CH3COO-、AlO-2等)不能大量共存;在碱性溶液中,H+及一切弱碱阳离子(如NH+4、Al3+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+等)不能大量共存;
酸式弱酸根离子(如HCO-3、HSO-3、HS-、H2PO-4、HPO2-4等)在强酸性或碱性溶液中,均不能大量共存。
三特殊:指注意三种特殊情况。
(1)AlO-2与HCO-3、HSO-3不能大量共存,AlO-2水解能力较强,其溶液呈较强的碱性,发生反应AlO-2+HCO-3+H2O=Al(OH)3↓+CO2-3;AlO-
2+HSO-3+H2O=Al(OH)3↓+SO2-3而不能共存。
(2)“NO-3+H+”具有强氧化性,能与S2-、
Fe2+、SO2-3、I-等发生氧化还原反应而不能大量共存。
在中性或碱性溶液中,NO-3与I-、Fe2+可以共存。
另外,MnO-4在酸性溶液中氧化性强,在碱性或中性溶液中氧化性相对较弱,如在酸性溶液中,MnO-4与Cl-、Br-不能共存,而在碱性溶液中可以共存。
(3)虽然NH+4与CH3COO-、CO2-
3,Mg2+与HCO-3,这几种离子都能水解且相互促进水解,但一般不考虑它们之间的双水解,能共存在同一溶液中。
(在加热条件下情况不同)
四反应:指离子之间如发生下列四种反应中的任一种,均不能共存。
(1)复分解反应即生成沉淀(如Ag+与Cl-、Ba2+与SO2-4等)、产生气体(如H+与HCO-3、NH+4与OH-等)、生成弱电解质(如H+与ClO-、H+与CH3COO-等),均不能大量共存。
(2)氧化还原反应如果两种或两种以上离子相遇发生氧化还原反应,则不能大量共存。
如Fe3+与I-、H+与S2O2-3;H+与S2-+SO2-3等。
(3)双水解反应能发生双水解反应的离子不能大量共存。
如Fe3+与CO2-3或HCO-3、Al3+与AlO-2、CO2-3、HCO-3、S2-、HS-等。
(4)如果离子间发生络合反应,生成络合离子,这些离子不能大量共存。
如Fe3+与SCN-;Fe3+与C6H5O-等。
(2008,全国Ⅰ卷)在溶液中加入足量Na2O2后仍能大量共存的离子组是()。
A.NH+4、Ba2+、Cl-、NO- 3
B.K+、AlO-2、Cl-、SO2- 4
C.Ca2+、Mg2+、NO-3、HCO- 3
D.Na+、Cl-、CO2-3、SO2- 3
解析:加入Na2O2后,使溶液呈碱性,且Na2O2本身有氧
化性。
所以A选项中的NH+4和C选项中的HCO-3与OH-反应而不能大量共存;D选项中SO2-3与Na2O2因发生氧化还原反应而不能大量共存。
答案:B。
(2008,重庆卷)下列各组离子在给定条件下能大量共存的是()。
A.在pH=1的溶液中:NH+4、K+、ClO-、Cl-
B.有SO2-4存在的溶液中:Na+、Mg2+、Ca2+、I-
C.有NO-3存在的强酸性溶液中:NH+4、Ba2+、Fe2+、Br-
D.在c(H+)=1.0×10-13mol•L-1的溶液中:Na+、S2-、AlO-2、SO2- 3
解析:A选项中ClO-在酸性条件下不能存在;B选项中Ca2+与SO2-4反应生成沉淀;C选项中NO-3在强酸性溶液中与Fe2+不能共存。
答案:D。
(2009,安徽卷)在溶液中能大量共存的一组离子是()。
A.NH+4、H+、NO-3、HCO- 3
B.K+、Al3+、SO2-4、NH3•H2O
C.Na+、K+、SO2-3、Cl 2
D、Na+、CH3COO-、CO2-3、OH-
解析:本题虽未涉及附加条件的挖掘,但对于混合体系中存在分子这一条件在高考中第一次出现。
A选项中H+和HCO-3不能大量共存;B选项中Al3+与NH3•H2O
不能大量共存;C选择中SO2-3与Cl2发生氧化还原反应不能大量共存。
答案:D。
(2009,全国Ⅰ卷)下列各组离子,在溶液中能大量共存,加入NaOH 溶液后加热,既有气体放出又有沉淀生成的一组是()。
A.Ba+、NO-3、NH+4、Cl-
B.Ca2+、HCO-3、NH+4、AlO- 2
C.K+、Ba+、Cl-、HSO2- 3
D.Mg2+、NH+4、SO2-4、K+
解析:本题主要考查在溶液中进行的复分解反应,没有涉及较复杂的氧化还原反应和双水解反应。
A选项中四种离子能共存,加入NaOH 溶液后加热有气体生成但没有沉淀生成。
B选项考查“三特殊”情况中的AlO-2+HCO-3+H2O=Al(OH)3↓+CO2-3,不能共存。
C选项中四种离子能共存,但加入NaOH溶液后有沉淀生成但无气体生成。
答案:D。
二、推断型离子共存问题及解题思路
解推断型离子共存问题的思路是,依据溶液的性质推出溶液中一定含有的离子(或一定不含有的离子),然后根据离子共存,推出一定不含有的离子。
解推断型离子共存问题的技巧如下:
(1)先看题干,如溶液颜色、pH、酸碱性等。
(2)再根据溶液的性质或实验现象推断。
(3)注意加入的试剂对某种离子的干扰,如加入氯水对有无Cl-的干扰。
相邻的甲、乙两工厂排放的污水经处理后仍分别含有浓度较大的Ag+、Ba2+、Fe3+、Na+、Cl-、SO2-4、OH-、NO-3中各不相同的四种离子。
若每个工厂单独排放污水会造成环境污染,如果将两厂的污水按适当比例混合,沉淀后的溶液中只有NaNO3,其污染程度显著降低。
下列判断正确的是()。
A.Ag+和Na+可能为同一工厂排放出
B.Fe3+、SO2-4存在于同一工厂
C.Cl-、SO2-4不能存在于同一工厂
D.Cl-、NO-3一定在不同的工厂
解析:同一工厂的污水中的离子可大量共存。
若甲工厂排放的污水中有OH-,则其污水中一定没有Ag+、Fe3+,即Ag+、Fe3+必须在乙工厂排放的污水中,因此乙工厂的污水中一定不能含有Cl-、SO2-4,这两种阴离子必须在甲工厂的污水中。
故甲工厂排放的污水中含有OH-、Cl-、SO2-4、Na+,乙工廠排放的污水中含有Ag+、Fe3+、Ba2+、NO-3。
答案:D。
某无色透明溶液,跟金属铝反应放出H2,试判断下列离子:Mg2+、Cu2+、Ba2+、H+、Ag+、SO2-
4、SO2-3、HCO-3、OH-、NO-3,何者能存在于此溶液中?
(1)当生成Al3+时,可能存在;
(2)当生成AlO-2时,可能存在。
解析:审题时,第一,要注意溶液是无色的,第二,要注意H+、NO-3与Al作用不产生H2。
(1)说明溶液呈酸性:一定有H+、SO2-4,可能有Mg2+(注意无NO-3);(2)说明溶液呈碱性:一定有OH-、Ba2+,可能有NO-3。
答案:(1)Mg2+ (2)NO-3。
某无色溶液由Na+、Ag+、Ba2+、Al3+、AlO-2、MnO-4、CO2-3中若干种组成,取该溶液进行如下实验。
①取适量溶液,加入过量盐酸,有气体生成,并得到无色溶液;②在①所得溶液中加入过量NH4HCO3溶液,有气体生成,同时析出白色沉淀甲;③在②所得溶液中加入过量Ba(OH)2溶液也有气体生成,同时析出白色沉淀乙;则原溶液中一定存在的离子是;白色沉淀甲是;白色沉淀乙是。
解析:由①可知,原溶液中无MnO-4、Ag+,有CO2-
3,无Ba2+、Al3+;在①所得溶液中加入过量NH4HCO3溶液,因HCO-3和过量H+反应生成无色CO2气体,沉淀甲为HCO-3和Al3+发生双水解产生的Al(OH)3;Al3+是AlO-2和过量的H+反应产生的。
在②所得溶液中加入过量Ba(OH)2溶液,过量的OH-与NH+4反应生成NH3,过量的HCO-3与Ba(OH)2溶液反应生成白色沉淀乙是BaCO3。
由于原溶液呈电中性,所以原溶液中存在Na+。
答案:一定存在的离子是Na+、AlO-2、CO2-3;白色沉淀甲是Al (OH)3;白色沉淀乙是BaCO3。
总之,在处理离子是否大量共存的问题时,要先看条件,再看反应,最后作出判断。
(责任编辑廖银燕)。