第一章 第二节 第3课时 离子共存 推断

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第一章 第二节 离子反应
第3课时 离子共存 推断
【学习目标】
1．应用离子发生的条件，正确判断常见离子在溶液中能否大量共存。
2．利用离子的特征反应能鉴别离子以及进行综合推断。
【素养目标】
通过掌握离子推断的方法，培养学生“微观探析与模型认知”的核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一：离子大量共存问题
1．离子不能共存的类型
(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
阳离子 不能大量共存的阴离子
Ba2＋、Ca2＋、Pb2＋、Ag＋ CO、SO、SO、SiO、PO
Cu2＋、Fe2＋ OH－、S2－、CO、SiO
Mg2＋、Zn2＋ OH－、CO、AlO、SiO
H＋ SiO、AlO
②生成气体及挥发性物质的离子不能大量共存
离子 不能大量共存的离子
H＋ S2O、SO、HSO、CO、HCO、S2－、HS－
OH－ NH
③生成难电离物质(水、弱酸、一水合氨等)
H＋与CH3COO－、CO、S2－、SO、ClO－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。
2．解离子共存题的常见限定条件分析
(1)溶液无色说明溶液中不存在大量的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋、MnO、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；
(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；
【思维建模】　离子共存的“四步”分析法
第一步 细审 题干 关键点 ①注意“一定大量共存” “可能大量共存”“不能大量共存”“因发生氧化还原反应而不能大量共存”等关键点； ②注意“透明溶液”意味着无难溶物和微溶物，但并不意味着溶液无色
第二步 分析隐含 条件 ①溶液是否无色； ②溶液的酸、碱性分析；
第三步 抓住反应 发生条件 ①清楚生成气体、沉淀、弱电解质的复分解反应；
典例1．下列各组离子能在溶液中大量共存的是( )
A．Na＋、Mg2＋、Cl－、OH－ B．H＋、Ca2＋、CO、NO
C．Cu2＋、K＋、SO、NO D．Na＋、H＋、OH－、Ca2＋
【答案】C
【解析】溶液中的离子必须相互之间不反应才能大量共存。A项中Mg2＋和OH－能反应生成Mg(OH)2沉淀；B项中H＋和CO、Ca2＋和CO都能反应；D项中H＋和OH－能反应。
典例2．无论在强酸还是强碱溶液中，下列各组离子一定能大量共存的是( )
A．K＋、Na＋、Cl－、HCO B．Ca2＋、K＋、OH－、NO
C．K＋、Mg2＋、NO、SO D．Na＋、K＋、Cl－、NO
【答案】D
【解析】A项，若在强酸溶液中，大量H＋与HCO反应会生成CO2气体；若在强碱溶液中，大量OH－与HCO反应会生成H2O和CO，错误。B项，大量Ca2＋与OH－反应会生成微溶物Ca(OH)2，此外若在强酸溶液中，OH－与H＋反应会生成H2O，错误。C项，若在强碱溶液中，大量OH－与Mg2＋反应会生成Mg(OH)2沉淀，错误。D项，无论是在强酸还是强碱溶液中，四种离子均可大量共存，正确。
知识点二：离子推断
1．应用四项基本原则进行离子推断
2．电荷守恒在离子反应定量推断试题中的应用
解与离子反应有关的定量推断类试题，需要掌握定量推断最后一种离子存在的方法；如果多种离子共存，且只有一种离子的物质的量未知，可以用电荷守恒来确定最后一种离子是否存在，即阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数。
典例3．甲、乙、丙、丁四位同学分别进行实验，测定四份不同澄清溶液的成分，记录结果如下：
甲：K2SO4、BaCl2、NaCl 乙：NaCl、Ba(OH)2、K2CO3
丙：HCl、K2CO3、NaCl 丁：K2SO4、Na2CO3、KCl
其中记录结果合理的是(　　)
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
【答案】D
【解析】甲会形成BaSO4沉淀而不能共存；乙会形成BaCO3沉淀而不能共存；丙会产生CO2气体而不能共存。
典例4．重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。甲废液经化验呈碱性，主要有毒离子为Ba2＋，若将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中可能含有的离子是(　　)
A．Cu2＋和SO42 B．Cu2＋和Cl－
C．K＋和SO42 D．Ag＋和NO3
【答案】A
【解析】甲废液中主要毒性物质可看作是Ba(OH)2，乙废液有一定毒性且与甲废液按一定比例混合后毒性明显降低，可推知乙废液中的重金属离子可与甲废液中的OH－结合形成沉淀，同时乙废液中含有能沉淀甲废液中Ba2＋的SO或CO，A正确。
核心价值与学科素养
典例5．某Y形河流上游两旁有甲、乙两个化工厂，其位置如图所示。经某化学课外活动小组检测，已知它们排放的工业废水中，共含K＋、Ag＋、Fe3＋、Cl－、OH－、NO六种离子。
(1)经该小组检测，甲厂的废水明显呈碱性，故甲厂废水中所含的三种离子是 。
(2)该小组认为，乙厂的废水中含有另外三种离子，如果加一定量的 (填“活性炭”“硫酸亚铁”或“铁粉”)，可以回收其中的金属 (填元素符号)，达到变废为宝的目的。
(3)该小组有一个设想，建议甲厂和乙厂联合起来，把废水按适当比例混合，可以使废水中的
(填离子符号)转化为沉淀。在丙地建立一个灌溉站，河水可用来直接浇灌农田，他们的理由是经过滤后的废水主要含 ，有利于农作物的生长。你认为他们的方案是否可行，并写出理由： 。
【答案】 (1)K+ Cl- OH- (2)铁粉 Ag 2 Ag+ + Fe = 2 Ag + Fe2+
(3)Ag+、Cl-、Fe3+、OH- K+、NO3-
【解析】(1)甲厂排放的工业废水明显呈碱性，一定含有OH－，与OH－可共存的离子有K＋、Cl－、NO，考虑到Ag＋与Cl－、OH－不能共存，所以甲厂废水中含OH－、K＋、Cl－，乙厂废水中含Ag＋、Fe3＋、NO。(2)在乙厂废水中加入一定量的铁粉可以回收银。(3)若将两厂废水按适当比例混合，可将Ag＋与Cl－、Fe3＋与OH－分别转化为AgCl、Fe(OH)3沉淀，经过滤后溶液中主要含有KNO3，KNO3是含钾元素、氮元素的复合肥料。
【跟踪练习】 基础过关
1． 在碱性溶液中能大量共存且溶液为无色透明的离子组是(　　)
A．K＋、MnO、Na＋、Cl－ B．K＋、Na＋、NO、CO
C．Na＋、H＋、NO、SO D．Fe3＋、Na＋、Cl－、SO
【答案】B
【解析】题设要求为碱性条件，故还有OH－的存在。同时，溶液为无色，排除A、D，因MnO呈紫色，Fe3＋呈黄色。C中H＋＋OH－===H2O，不共存。
2． 在水溶液中能大量共存，且加入过量稀硫酸时，有气体生成的是(　　)
A．Na＋、Ag＋、CO32 、Cl－ B．K＋、Ba2＋、SO42 、Cl－
C．Na＋、K＋、CO32 、Cl－ D．Na＋、K＋、Cl－、SO42
【答案】C
【解析】A项，Ag＋与Cl－、CO能发生反应，生成AgCl、Ag2CO3白色沉淀，不能大量共存；B项，Ba2＋与SO能发生反应，生成BaSO4白色沉淀，不能大量共存；C、D项中的离子在水溶液中能大量共存，加入稀硫酸后，C项中的CO与H＋可发生反应，生成CO2气体，D项中的离子与H＋不能发生反应，故C项符合题意。
3． 在强酸性溶液中能大量共存并且溶液为无色透明的离子组是(　　)
A．Ba2＋、Na＋、NO3 、SO42 B．Mg2＋、Cl－、Al3＋、SO42
C．K＋、Cl－、CO32 、NO3 D．Ca2＋、Na＋、Fe3＋、NO3
【答案】B
【解析】A项Ba2＋与SO生成BaSO4沉淀；C项H＋与CO反应产生CO2气体；D项Fe3＋的水溶液呈棕黄色。
4． 无论在强酸还是强碱溶液中，下列各组离子一定能大量共存的是( )
A．K＋、Na＋、Cl－、HCO3 B．Ca2＋、K＋、OH－、NO3
C．K＋、Mg2＋、NO3 、SO42 D．Na＋、K＋、Cl－、NO3
【答案】D
【解析】A项，若在强酸溶液中，大量H＋与HCO反应会生成CO2气体；若在强碱溶液中，大量OH－与HCO反应会生成H2O和CO，错误。B项，大量Ca2＋与OH－反应会生成微溶物Ca(OH)2，此外若在强酸溶液中，OH－与H＋反应会生成H2O，错误。C项，若在强碱溶液中，大量OH－与Mg2＋反应会生成Mg(OH)2沉淀，错误。D项，无论是在强酸还是强碱溶液中，四种离子均可大量共存，正确。
5． NaHCO3和NaHSO4的溶液混合后，实际参加反应的离子是( )
A．H＋和CO B．HCO和HSO
C．Na＋、HCO和H＋ D．HCO和H＋
【答案】D
【解析】 NaHCO3和NaHSO4的电离方程式分别如下：NaHCO3===Na＋＋HCO、NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，故D项正确。
能力达成
6． 重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。甲废液经化验呈碱性，主要有毒离子为Ba2＋，若将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中可能含有的离子是(　　)
A．Cu2＋和SO42 B．Cu2＋和Cl－
C．K＋和SO42 D．Ag＋和NO3
【答案】C
【解析】Ⅰ中虽无明显现象，但发生了离子反应：H＋＋OH－===H2O，A项错误；Ⅱ中发生的离子反应为Ba2＋＋SO===BaSO4↓，白色沉淀为BaSO4，B项错误；Ⅲ中的反应是离子反应，离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，C项正确、D项错误。
7． 甲、乙、丙、丁分别是Na2CO3溶液、AgNO3溶液、BaCl2溶液、盐酸四种无色溶液中的一种，现进行了如图1所示的实验。
(1)通过上述实验判断出各物质：甲 、乙 、丙 、丁 。
(2)实验室有一瓶标签破损(如图2所示)的固体试剂。某同学应用(1)中的BaCl2溶液检验：取试剂瓶中的固体少量于试管中，加适量蒸馏水溶解，在所得溶液中加入过量BaCl2溶液，得到白色沉淀。由此，该同学推断这瓶试剂是硫酸钠。你认为他的结论是否正确？ 。
若正确，请写出相应的离子方程式；若不正确，请说明可能的结论，并给出进一步验证的实验方案(要求：所用试剂只能从甲、乙、丙、丁中选用)：
。
【答案】(1) BaCl2溶液 Na2CO3溶液 AgNO3溶液 盐酸。
(2)不正确
固体试剂可能为Na2SO4或Na2SO3或NaHSO4。将沉淀完全的溶液静置，取上层清液于另一试管中，滴加Na2CO3溶液，如有气体产生，说明固体物质是NaHSO4；若无气体产生，则向除去上层清液的试管中滴加盐酸，若滴加时有气体产生，最终沉淀溶解，则固体物质是Na2SO3；若滴加过程中无明显现象，则固体物质是Na2SO4。
【解析】(1)AgNO3能与其他三种物质反应产生沉淀，Na2CO3和盐酸反应有气体产生，BaCl2能与其他两种物质反应产生沉淀，由此不难推出，甲是BaCl2溶液、乙是Na2CO3溶液、丙是AgNO3溶液、丁是盐酸。(2)根据破损的标签和实验现象可知，原瓶中所存放的固体有以下3种可能：Na2SO4、Na2SO3、NaHSO4，故该同学的判断是错误的。进一步验证的方法如下：将沉淀完全的溶液静置，取上层清液于另一试管中，滴加Na2CO3溶液，如有气体产生，说明固体物质是NaHSO4；若无气体产生，则向除去上层清液的试管中滴加盐酸，若滴加时有气体产生，最终沉淀溶解，则固体物质是Na2SO3；若滴加过程中无明显现象，则固体物质是Na2SO4。
8． 已知A和B两支试管的溶液中共含有K＋、Ag＋、Mg2＋、Cl－、OH－、NO六种离子，向试管A的溶液中滴入酚酞溶液呈粉红色。请回答下列问题：
(1)试管A的溶液中所含上述离子共有 种。
(2)若向某试管中滴入稀盐酸产生沉淀，则该试管为 (填“A”或“B”)。
(3)若向试管B的溶液中加入合适的药品，过滤后可以得到相应的金属和仅含一种溶质的溶液，则加入的药品是 (填化学式)。
(4)若将试管A和试管B中的溶液按一定体积比混合过滤后，蒸干滤液可得到一种纯净物，则混合过程中发生反应的离子方程式为 。
【答案】(1) 3　(2)　B　(3) Mg
(4) Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。
【解析】向试管A的溶液中滴入酚酞溶液呈粉红色，说明试管A的溶液中含有OH－，则不含能够和OH－结合成沉淀的离子，所以Ag＋、Mg2＋不存在，它们一定在试管B中，根据电荷守恒，则必定存在K＋；Cl－能够和Ag＋结合成AgCl沉淀，则在B中不含Cl－，根据电荷守恒，B中所含的阴离子一定是NO。综上所述，A中含有K＋、Cl－和OH－三种离子，B中含有Ag＋、Mg2＋和NO 三种离子。(1)试管A的溶液中含K＋、Cl－和OH－三种离子。(2)若向某试管中滴入稀盐酸产生沉淀，则该试管中含有Ag＋，为试管B。(3)若向试管B的溶液中加入合适的药品，过滤后溶液中仅含有一种溶质，得到相应的金属一定是Ag，则应该加入活泼金属和Ag＋发生置换反应，为了不引入其他杂质离子，则加入的药品一定是Mg。(4)若将试管A和试管B中的溶液按一定体积比混合过滤后，蒸干滤液可得到一种纯净物，则Ag＋与Cl－恰好完全反应，Mg2＋和OH－恰好完全反应，混合过程中发生反应的离子方程式为Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。
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