2025届高考化学一轮复习 专题二 第4讲 离子共存、离子的检验和推断学案苏教版

【学习目标】1.理解离子反应的实质，掌握判断溶液中离子能否大量共存的方法。2.掌握常见阳离子（如H⁺、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Mg²⁺等）和阴离子（如OH⁻、Cl⁻、Br⁻、I⁻、SO₄²⁻、CO₃²⁻、HCO₃⁻、SO₃²⁻、NO₃⁻等）的检验原理和方法。3.学会根据实验现象和离子共存规律进行离子的推断，培养分析问题和解决问题的能力。4.能规范书写离子方程式，并运用其解决实际问题。【知识梳理】一、离子共存离子共存问题的本质是判断在给定条件下，溶液中的离子之间是否会发生化学反应。若离子之间能发生反应，则不能大量共存；反之，则能大量共存。1.常见的离子不能大量共存的类型：*生成难溶物或微溶物：如Ba²⁺与SO₄²⁻、CO₃²⁻；Ag⁺与Cl⁻、Br⁻、I⁻；Ca²⁺与CO₃²⁻、SO₄²⁻（微溶）；OH⁻与Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等。*生成气体或挥发性物质：如H⁺与CO₃²⁻、HCO₃⁻、SO₃²⁻、HSO₃⁻、S²⁻、HS⁻等；OH⁻与NH₄⁺（加热或浓溶液时更易）。*生成弱电解质（弱酸、弱碱、水）：如H⁺与OH⁻、CH₃COO⁻、ClO⁻、F⁻、PO₄³⁻、HPO₄²⁻、H₂PO₄⁻等；OH⁻与H⁺、NH₄⁺、Fe³⁺、Cu²⁺等（生成弱碱或水）。*发生氧化还原反应：常见的氧化性离子（如MnO₄⁻、ClO⁻、NO₃⁻（H⁺）、Fe³⁺等）与还原性离子（如S²⁻、HS⁻、SO₃²⁻、HSO₃⁻、I⁻、Fe²⁺等）在一定条件下（尤其是酸性条件下）不能共存。例如，Fe³⁺与I⁻、S²⁻；NO₃⁻（H⁺）与Fe²⁺、I⁻、SO₃²⁻等。*发生络合反应：如Fe³⁺与SCN⁻、C₆H₅O⁻；Ag⁺与NH₃·H₂O（过量）等。*发生双水解反应：某些弱碱阳离子与弱酸阴离子在水溶液中相互促进水解，直至完全。如Al³⁺与CO₃²⁻、HCO₃⁻、S²⁻、HS⁻、AlO₂⁻等；Fe³⁺与CO₃²⁻、HCO₃⁻、AlO₂⁻等。2.离子共存题中的“隐含条件”：*溶液颜色：“无色透明溶液”则不存在Cu²⁺（蓝）、Fe³⁺（黄/棕黄）、Fe²⁺（浅绿）、MnO₄⁻（紫）等有色离子。*溶液酸碱性：*酸性溶液：pH<7；或c(H⁺)=10⁻ᵃmol/L(a<7)；或能使紫色石蕊试液变红；或能与Al反应放出H₂（注意：若溶液中含NO₃⁻，则Al不会产生H₂）。*碱性溶液：pH>7；或c(OH⁻)=10⁻ᵃmol/L(a<7)；或能使紫色石蕊试液变蓝、酚酞变红；或能与NH₄⁺反应放出NH₃。*可能是酸性也可能是碱性：如“与Al反应放出H₂的溶液”（需考虑两种情况，且酸性时不含NO₃⁻）；“水电离出的c(H⁺)=10⁻ᵃmol/L(a>7)的溶液”（水的电离被抑制，可能是酸或碱溶液）。*“透明溶液”不等于“无色溶液”。*“一定能”、“可能”、“一定不能”共存等限定词。二、离子的检验离子的检验是基于离子的特征反应，选择适当的试剂和方法，观察是否有预期的实验现象（如颜色变化、沉淀生成与溶解、气体产生等）来判断离子的存在。1.常见阳离子的检验：*H⁺：①紫色石蕊试液变红；②甲基橙试液变红；③活泼金属（如Zn）产生气泡。*Na⁺/K⁺：焰色反应（钠黄钾紫，钾需透过蓝色钴玻璃观察）。*NH₄⁺：与浓NaOH溶液共热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体（NH₃）。*Mg²⁺：加入NaOH溶液，生成白色沉淀（Mg(OH)₂），该沉淀不溶于过量NaOH溶液。*Al³⁺：加入适量NaOH溶液，生成白色沉淀（Al(OH)₃），继续加入NaOH溶液，沉淀溶解；或加入氨水，生成白色沉淀，沉淀不溶于过量氨水。*Fe²⁺：①先加KSCN溶液无明显现象，再加氯水或H₂O₂，溶液变红；②加入NaOH溶液，生成白色絮状沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色（Fe(OH)₃）。*Fe³⁺：①加入KSCN溶液，溶液立即变红；②加入NaOH溶液，生成红褐色沉淀（Fe(OH)₃）。*Cu²⁺：①蓝色溶液，加入NaOH溶液，生成蓝色絮状沉淀（Cu(OH)₂）；②插入洁净铁钉，铁钉表面有红色物质析出。2.常见阴离子的检验：*OH⁻：①紫色石蕊试液变蓝；②酚酞试液变红；③甲基橙试液变黄。*Cl⁻：加入AgNO₃溶液，生成白色沉淀（AgCl），该沉淀不溶于稀硝酸。*Br⁻：①加入AgNO₃溶液，生成淡黄色沉淀（AgBr），不溶于稀硝酸；②加入氯水，再加入CCl₄，振荡后CCl₄层呈橙红色。*I⁻：①加入AgNO₃溶液，生成黄色沉淀（AgI），不溶于稀硝酸；②加入氯水或H₂O₂，再加入淀粉溶液，溶液变蓝；③加入氯水，再加入CCl₄，振荡后CCl₄层呈紫红色。*SO₄²⁻：先加入足量稀盐酸（排除CO₃²⁻、SO₃²⁻、Ag⁺等干扰），无明显现象，再加入BaCl₂溶液，生成白色沉淀（BaSO₄）。*CO₃²⁻：①加入稀盐酸，产生无色无味气体，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊；②加入BaCl₂溶液生成白色沉淀，沉淀溶于稀盐酸并产生气体。（注意与HCO₃⁻、SO₃²⁻等区别）*HCO₃⁻：加入稀盐酸，产生无色无味气体，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊；向溶液中加入BaCl₂溶液无明显现象（或加入少量Ca(OH)₂溶液有白色沉淀）。*SO₃²⁻：①加入稀盐酸，产生有刺激性气味的气体（SO₂），该气体能使品红溶液褪色；②加入BaCl₂溶液生成白色沉淀（BaSO₃），沉淀溶于稀盐酸并产生刺激性气味气体。3.离子检验的注意事项：*“先取样，后操作”：如果是固体样品，通常先配成溶液。*“取少量，分试管”：避免一次操作失败，无法补救。*“排除干扰”：这是离子检验的关键。例如检验SO₄²⁻时，要先加盐酸排除Ag⁺、CO₃²⁻、SO₃²⁻等离子的干扰；检验Cl⁻时，要用硝酸酸化AgNO₃溶液。*“规范描述”：操作、试剂、现象、结论要完整准确。例如，“将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊”，不能只说“产生使石灰水变浑浊的气体”。*“多种离子共存时的检验顺序”：应选择互不干扰的离子先进行检验。三、离子的推断离子推断是基于离子共存、离子检验等知识，结合实验现象和题给信息（如溶液颜色、酸碱性、pH值等），运用分析、推理等方法，确定溶液中存在哪些离子，不存在哪些离子，可能存在哪些离子的过程。1.推断的一般思路：*审清题意：明确已知条件（如溶液颜色、酸碱性、pH、与某些物质反应的现象等）和所求问题。*初步判断：根据溶液颜色、酸碱性等，初步判断可能存在或一定不存在的离子。例如，无色溶液可排除有色离子；强酸性溶液可排除OH⁻及与H⁺反应的弱酸根离子。*离子共存判断：利用离子共存规律，排除不能共存的离子组合。*实验现象分析：结合每一步实验操作及现象，肯定或否定某些离子的存在。注意“过量”、“少量”等关键词对反应产物的影响。*电荷守恒思想：在初步确定某些离子后，若溶液呈电中性，可利用电荷守恒判断是否存在其他阴阳离子。这是一个非常重要的隐含条件，常用于确定最后一种未知离子。*得出结论：综合以上分析，得出最终结论，明确“一定存在”、“一定不存在”、“可能存在”的离子。2.推断题的常见“题眼”：*溶液颜色。*沉淀的颜色、生成与溶解。*气体的颜色、气味及性质。*pH值或指示剂颜色变化。*特定的反应条件（如加热）。【方法指导与易错警示】1.离子共存判断的“四看”：*一看“颜色”；二看“酸碱性”；三看“特殊反应”（氧化还原、络合、双水解）；四看“题干要求”（一定、可能、一定不能）。2.离子检验的“三原则”：*特征性：选择离子特有的反应。*灵敏性：反应现象要明显，易于观察。*排他性：排除干扰离子的影响。3.离子推断的“三项注意”：*明确肯定与否定：现象明显且唯一指向某离子的，可肯定；与已知现象或离子共存规律矛盾的，可否定。*注意“可能存在”的离子：对于那些不影响实验现象，且没有明确证据证明其存在或不存在的离子，通常列为“可能存在”。*电荷守恒的妙用：在阳离子或阴离子仅有一种未确定时，可利用电荷守恒来确定其是否存在及浓度范围。易错点警示：*忽略溶液的酸碱性对离子共存的影响：如NO₃⁻在中性或碱性溶液中通常不表现强氧化性，但在酸性溶液中可氧化Fe²⁺、I⁻等。*忽略离子间的氧化还原反应：尤其是一些不常见的组合或在特定条件下才能发生的氧化还原反应。*离子检验时，试剂的加入顺序不当或未排除干扰：如检验SO₄²⁻时，若先加BaCl₂溶液再加盐酸，则Ag⁺会产生干扰。*对实验现象描述不准确或遗漏：如将“白色沉淀”描述为“浑浊”，或遗漏沉淀是否溶解等关键现象。*推断时，忽略溶液的电中性（电荷守恒）：导致漏判或错判某些离子。*将“适量”、“过量”等条件对反应产物的影响考虑不周。【典例精析】例1.（离子共存）常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（）A.无色透明的溶液中：Fe³⁺、Mg²⁺、SCN⁻、Cl⁻B.c(H⁺)/c(OH⁻)=1×10¹²的溶液中：K⁺、Na⁺、CO₃²⁻、NO₃⁻C.能使甲基橙试液变红的溶液中：NH₄⁺、Ba²⁺、AlO₂⁻、Cl⁻D.水电离的c(H⁺)=1×10⁻¹³mol/L的溶液中：K⁺、Na⁺、NO₃⁻、SO₄²⁻解析：A项，Fe³⁺为黄色，且Fe³⁺与SCN⁻会形成血红色络合物，不能大量共存；B项，c(H⁺)/c(OH⁻)=1×10¹²，溶液呈强酸性，CO₃²⁻与H⁺反应生成CO₂和H₂O，不能大量共存；C项，能使甲基橙变红的溶液呈酸性，AlO₂⁻在酸性条件下会转化为Al(OH)₃沉淀或Al³⁺，不能大量共存；D项，水电离的c(H⁺)=1×10⁻¹³mol/L，说明水的电离受到抑制，溶液可能呈酸性也可能呈碱性，K⁺、Na⁺、NO₃⁻、SO₄²⁻在酸性和碱性条件下均能大量共存。答案：D例2.（离子检验）有一瓶无色溶液，可能含有K⁺、Al³⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻、MnO₄⁻中的几种。为确定其成分，做如下实验：①取部分溶液，加入适量Na₂O₂固体，产生无色无味的气体和白色沉淀，再加入足量的NaOH溶液后白色沉淀部分溶解；②另取部分溶液，加入HNO₃酸化的Ba(NO₃)₂溶液，有白色沉淀产生。下列推断正确的是（）A.肯定有Al³⁺、Mg²⁺、NH₄⁺、Cl⁻B.肯定有Al³⁺、Mg²⁺、HCO₃⁻C.肯定有K⁺、HCO₃⁻、MnO₄⁻D.肯定有Al³⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻解析：溶液无色，故MnO₄⁻不存在。①加入Na₂O₂，Na₂O₂与水反应生成NaOH和O₂（无色无味气体）。产生白色沉淀，且加入足量NaOH后部分溶解，说明沉淀为Mg(OH)₂（不溶）和Al(OH