判断离子能否大量共存实际上就是判断离子之间能否反应,只要离子间相互反应,那么就不能大量共存。下面就离子能否共存的原因与判断方法归纳如下:
一、常见的离子不能大量共存的原因:
(1)发生复分解反应生成难溶物、挥发性物质和难电离物质时不能大量共存。如:
① 若阴阳离子能相互结合生成难溶物或微容物性盐,就不能大量共存。如常见的Ba2+ 、Ca2+ 与CO32-、SO32-、SO42-、PO43-、SiO32-等;再如常见的Ag+ 与Cl-、Br-、I-、PO43-、CO32-、SO42-、S2-等。
② 弱碱的阳离子不能与OH-大量共存。如常见的Fe2+ 、Fe3+ 、Cu2+ 、NH4+ 、Ag+ 、Mg2+ 、Al3+ 、Zn2+ 等与OH-不能大量共存。
③ 弱酸根阴离子不能与H+ 大量共存。如常见的CH3COO-、F-、CO32-、SO32-、S2-、PO43-等与H+ 不能大量共存。
④弱酸的酸式阴离子与H+ 或OH-均不能大量共存。如常见的HCO3-、HSO3-、HS-、H2PO4-、HPO42-等既不能与H+ 大量共存也不能与OH-大量共存。
(2)若离子间能发生氧化还原反应,也不能大量共存。如:
① 在酸性条件下,MnO4-具有较强的氧化性,与常见的Cl-、Br-、I-、S2-等能发生氧化还原反应,而不能大量共存;同样,NO3-在酸性条件下也具有较强的氧化性,与Br-、I-、S2-、Fe2+ 、SO32-等不能大量共存。
② 在中性条件下,NO3-与I-、Fe2+ 等可以大量共存。
③ 无论是在酸性或碱性条件下,ClO-都具有氧化性,与常见的还原性离子如I-、Fe2+ 、S2-、SO32-等均不能大量共存。
(3)若阴、阳离子间发生“双水解”反应,有的促进反应进行,不能大量共存。常见的能发生“双水解”反应离子归纳如下:
① Al3+ 与HS-、S-、CO32-、HCO3-、AlO2-、SiO32-、ClO-等;
② Fe3+ 与CO32-、HCO3-、AlO2-、ClO-等;
③ NH4+ 与AlO2-、SiO32-等;
发生“双水解”反应时,由于水解彻底,可用“===”连接反应物和产物,水解生成的难容物或挥发性物质要加沉淀符号“↓”或气体反符号“↑”。例如FeCl3与NaHCO3溶液混合的离子反应方程式为:
Fe3+ + 3HCO3- === Fe(OH)3↓ + 3CO2↑,该类反应要注意电荷守恒。
④ NH4+ 与CH3COO-、CO32+,Mg2+ 与HCO3-等组合中,虽然两种离子都能水解且相互促进,但总的水解程度很小,它们在溶液中可以大量共存,但加热就不能了。
(4)若离子间能形成络合物,那么就不能大量共存。如Fe3+ 与SCN之间就非常容易络合,因而不能大量共存。
二、离子共存的判断方法:
所谓的几种离子在同一溶液中能否共存,就是指离子之间不发生任何的反应,解决这类问题,一定要注意题目中的前提条件,现归纳如下:
(1)要看清题目的问法,如“能大量共存”、“不能大量共存”还是“可能大量共存”等等。
(2)弄清题目的限定条件,如:
① 限定溶液的颜色,若题目限定是无色透明的,则一定没有Fe2+(浅绿色)、Fe3+(棕黄色)、Cu2+(蓝色)、MnO4-(紫色)等离子;还要注意“透明”不是“无色”。
② 限定溶液酸碱性,
a.“在强酸性(或pH=1)溶液中”,就是含有大量的H+,应把H+ 考虑在内,OH-及弱酸根离子都不能大量共存
b.“在强碱性(或pH=14)溶液中”,就是含有大量的OH-,应把OH-考虑在内,H+ 及弱碱阳离子都不能大量共存。
c.“在由水电离出c(H+)= 1×10-10 mol/L的溶液中,或在由水电离出c(OH-)= 1×10-10 mol/L的溶液中”能大量共存的,就是说在酸或碱性条件下均能大量共存的离子组;
d.“在与Al反应能产生H2的溶液中”,其实就是说在酸或碱性条件下的溶液中;
e.“能溶解Al2O3或Al(OH)3的溶液”,就是含有大量的H+ 或OH-的溶液,其实就是说在强酸或强碱性条件下的溶液中;
③ 限定反应类型
“因氧化还原反应……”,即只考虑离子间的氧化还原反应;
④限定溶液中已存在的离子
如“溶液中已存在Fe3+ 、Cl-”,则OH-、SCN-、Ag+ 等离子不能大量共存。
【例题1】下列各组离子,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. NH4+ 、Al3+ 、SO42-、NO3- B. K+ 、Na+ 、AlO2-、NO3-
C. K+ 、NH4+ 、MnO4-、SO42- D. K+ 、Na+ 、NO3-、HSO3-
解析:B选项中的AlO2-在强酸性条件下不能存在,发生反应:
H+ + AlO2-+ H2O === Al(OH)3↓;C选项中MnO4-为紫色;D选项中,HSO3-在强酸性条件下生成H2SO3并被HNO3氧化成H2SO4。
答案:A
【例题2】下列各组离子,在强碱性溶液中能大量共存的离子组是( ).
A. Cl-、AlO2-、I-、S2- B. K+ 、Na+ 、NH4+ 、Ba2+
C. Cl-、Br-、CO32-、S2- D. HCO3-、SO42-、SO32-、NO3-
解析:在强酸性条件下c(OH-)较大,A选项中离子不能反应,故可以大量存在;B选项中发生反应:NH4+ + OH-=== NH3·H2O ;C选项中离子不能反应,故可以大量存在;D选项中,HCO3-在强碱性条件下生成CO32-因而不能大量共存。
答案:A、C
【例题3】下列各组离子,因发生氧化还原反应而不能大量共存的离子组是( ).
A. Na+ 、OH-、SO42-、H2PO4- B. Fe2+ 、Fe3+ 、SO42-、Cl-
C. Cl-、H+ 、Na+ 、S2O32- D. Na+ 、Cu2+ 、S2-、SO42-
解析:A、D选项不能大量共存,但不是氧化还原反应;B选项可以大量共存;只有C选项符合题意。
答案:C
【例题4】下列各组离子,在溶液中一定能大量共存的是( ).
A. 使酚酞变红的溶液:Na+ 、Cl-、SO42-、Fe3+
B. 使紫色石蕊变红的溶液:Fe2+ 、Mg2+ 、Cl-、NO3-
C. c(H+)=1×10-12 mol/L的溶液:K+ 、Ba2+ 、Cl-、Br-
D. 碳酸氢钠溶液:K+ 、SO42-、Cl-、H+ 解析:A选项,碱性条件下Fe3+ 不能大量共存;B选项,Fe2+ 、NO3-和H+ 发生氧化还原反应不能大量共存;D选项,HCO3-与H+ 不能大量共存。
答案:C
【例题5】在溶液中下列离子能够大量共存的是( ).
A. 无色溶液中:Na+ 、Cl-、NO3-、Fe2+
B. pH=0的溶液中:Fe2+ 、Cl-、NO3-、HCO3-
C. 含MnO4-的溶液中:Fe3+ 、NO3-、Mg2+ 、SO42-
D. 与Al反应能产生H2的溶液中:Mg2+ 、NO3-、Cl-、K+ 解析:注意题目中的隐含信息,A选项为无色溶液,Fe2+ 为浅绿色,故错误;B选项为强酸性溶液,NO3-(H+)具有强氧化性,与Fe2+ 不能大量共存,且H+ 与HCO3-也不能大量共存;C选项中虽然含强氧化性的MnO4-,但题组中的离子部不能被MnO4-氧化,因此符合题意;D选项能与Al反应能产生H2的溶液可能呈强酸性,也可能呈强碱性,若为强酸性,由于有NO3-与Al反应不能产生H2,而是生成含低价氮的物质,若为强碱性,因为题组中含Mg2+,故也不能大量共存。
答案:C