化学物质基本概念 · 四 · 「离子检验」

大题通用术语：取少量待测液于洁净试管中，滴加……，观察……

阳离子

  • $\ce{Na+}: $ 用 铂丝 蘸其溶液，用酒精灯火焰上灼烧，火焰呈 黄色

  • $\ce{K+}: $ 用 铂丝 蘸其溶液，用酒精灯火焰上灼烧，透过蓝色钻玻璃观察，火焰呈 紫色

    通过焰色反应检验离子

    • $\ce{Na+}$ 与 $\ce{K+}$ 在自然界中往往同时存在，火焰的紫色可能被黄色遮盖，因此判断 $\ce{K+}$ ，需透过蓝色钻玻璃观察

    • 需使用铂丝或干净的铁丝，不得使用玻璃棒（$\ce{Na2SiO3}$）

  • $\ce{Mg^{2+}->[少量 NaOH] 白色沉淀 Mg(OH)2 v ->[滴加 NaOH 至过量] 白色沉淀不溶解}$

  • $\ce{Al^{3+}->[少量 NaOH] 白色沉淀 Al(OH)3 v ->[滴加 NaOH 至过量] 白色沉淀完全溶解 AlO^-_2 }$

    如果白色沉淀部分溶解则说明均含有 $\ce{Mg^{2+}}$ 与 $\ce{Al^{3+}}$

  • $\ce{Fe^{3+}}$

    1. 待测液 $\ce{->[KSCN 溶液]}$ 溶液变为血红色 $\ce{Fe(SCN)3}$

    2. 待测液 $\ce{->[NaOH 溶液]}$ 产生红褐色沉淀 $\ce{Fe(OH)3}$

    3. 待测液 $\ce{->[苯酚]}$ 溶液显紫色

  • $\ce{Fe^{2+}}$

    1. 待测液 $\ce{->[\ce{K3[Fe(CN)6]}]}$ 产生蓝色沉淀

    2. 待测液 $\ce{->[NaOH 溶液]}$ 白色絮状沉淀 $\ce{->}$ 灰绿色沉淀 $\ce{->}$ 红褐色沉淀

  • 有 $\ce{Fe^{2+}}$ 无 $\ce{Fe^{3+}}$

    待测液 $\ce{->[KSCN 溶液]}$ 溶液不变红（排除 $\ce{Fe^{3+}}$） $\ce{->[氯水 \text{or} H2O2][(无色氧化物)]}$ 溶液变红

  • $\ce{NH+_4}$ 待测液 $\ce{->[足量 NaOH]->[加热]}$ 产生无色、具有刺激性气味 且 可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体

    $\ce{NH+_4}$ 与 $\ce{NaOH}$ 反应先生成一水合氨，只有一部分分解出氨气，且由于其氨气对水溶解性过大，会溶解在水中

    加热用于促进一水合氨分解 且 降低氨气对水的溶解度

  • $\ce{Cu^{2+}}$

    一般可通过溶液颜色直接判断是否含有 $\ce{Cu^{2+}}$，但如果溶液中含有多个有色离子则难以判断，需通过化学检验的方式判断

    待测液 $\ce{->[NaOH]}$ 蓝色沉淀 $\ce{Cu(OH)2}$

  • $\ce{Ag+}$

    1. 待测液 $\ce{->[HNO3][酸化]}$ 无沉淀（排除 $\ce{SiO^{2-}_3}$ 干扰） $\ce{->[HCl]}$ 白色沉淀 $\ce{AgCl}$

    2. 待测液 $\ce{->[少量氨水]}$ $\ce{AgOH v}$（不稳定） $\ce{->}$ 棕褐色沉淀 $\ce{Ag2O}$ $\ce{->[氨水]}$ 沉淀溶解 $\ce{[Ag(NH3)2]OH}$

阴离子

  • $\ce{Cl-}$ 待测液 $\ce{->[HNO3][酸化]}$ （排除 $\ce{CO^2-_3}$ 的干扰） $\ce{->[AgNO3]}$ 白色沉淀 $\ce{AgCl}$

    教材对比实验

    在三支试管中分别加入 2~3mL 稀盐酸、$\ce{NaCl}$ 溶液、$\ce{Na2CO3}$ 溶液，然后各滴入几滴 $\ce{AgNO3}$ 溶液，观察现象。再分别加入少量稀硝酸，观察现象

    物质
    加入 $\ce{AgNO3}$ 溶液后
    加入稀硝酸后
    解释或离子方程式

    稀盐酸

    白色沉淀（$\ce{AgCl}$）

    不溶解

    $\ce{Ag+ +Cl- \xlongequal{}AgCl v}$

    $\ce{NaCl}$ 溶液

    白色沉淀（$\ce{AgCl}$）

    不溶解

    $\ce{Ag+ +Cl- \xlongequal{}AgCl v}$

    $\ce{Na2CO3}$ 溶液

    白色沉淀（$\ce{Ag2CO3}$）

    溶解并产生气泡

    $\ce{2Ag+ +CO^2-_3\xlongequal{}Ag2CO3 v}$ $\ce{Ag2CO3 +2H+\xlongequal{}2Ag+ +H2O +CO2 ^}$

  • $\ce{Br-}$ 待测液 $\ce{->[氯水]}$ 溶液变黄 $\ce{->[\ce{CCl4}]}$ 分层，且下层油状液体（有机层）呈橙色

  • $\ce{I-}$

    1. 待测液 $\ce{->[氯水]}$ 溶液变黄 $\ce{->[笨]}$ 分层，且上层油状液体（有机层）呈紫色

    2. 待测液 $\ce{->[淀粉溶液][振荡]}$ 蓝色溶液

  • $\ce{Br-} \space\And\space \ce{I-}$ 待测液 $\ce{->[$\ce{AgNO3}$ 溶液]}$ $\ce{\begin{cases}淡黄色沉淀 AgBr v &Br- \黄色沉淀 AgI v &I- \end{cases}}$

  • $\ce{SO^2-_4}$

    1. 原理：在溶液中，$\ce{SO^2-_4}$ 可与 $\ce{Ba^2+}$ 反应，生成 不溶于稀盐酸 的白色 $\ce{BaSO4}$ 沉淀

    强酸根形成的沉淀往往难溶于强酸，例如 $\ce{BaSO4}$ 、 $\ce{AgCl}$ 不溶于盐酸、硝酸

    1. 操作方法

      1. 取少许待测液于洁净试管中，先加入足量稀盐酸酸化

        $\ce{Ba^2+}$ 与 $\ce{SO^2-_4、CO^2-_3、SO^2-_3}$ 形成沉淀，$\ce{Ag+}$ 与 $\ce{Cl-}$ 形成沉淀；稀盐酸可排除 $\ce{CO^2-_3、SO^2-_3、Cl-}$ 的干扰

      2. 上一步后无明显现象（若有沉淀，则静置后取上层清液），滴加 $\ce{BaCl2}$ 溶液

      3. 若有白色沉淀产生，则说明待测液中含有 $\ce{SO^2-_4}$ 若无白色沉淀产生，则说明待测液中不含 $\ce{SO^2-_4}$

    2. 注意事项

      • 不能只加入 $\ce{BaCl2}$ ，且盐酸和 $\ce{BaCl2}$ 的顺序不可以颠倒

        例如：待测液先加入 $\ce{BaCl2}$ ，发现白色沉淀，再加入稀盐酸，观察到沉淀不消失，不可判断是 $\ce{SO^2-_4}$

        因为虽然排除了 $\ce{BaCO3}$ 和 $\ce{BaSO3}$ 的干扰，但也有可能是 $\ce{AgCl}$ （$\ce{HCl}$ 不会使 $\ce{AgCl}$ 沉淀消失）

      • 不可以引入硝酸根，例如不可以加 $\ce{HNO3}$ 酸化或是加 $\ce{Ba(NO3)2}$

        会使得溶液中可能存在的 $\ce{SO^-3}$ 氧化为 $\ce{SO^2-_4}$

  • $\ce{SO^{2-}_3} \space\And\space \ce{HSO^-_3}$

    $ \left.\begin{array}{l} \begin{cases} \ce{SO^{2-}_3 &->[CaCl_2]&白色沉淀&->[足量 HCl] 白色沉淀完全溶解}\ \ce{HSO^-_3 &->[CaCl_2]&无沉淀&->[\qquad\qquad 足量 HCl\qquad\qquad]} \end{cases} \end{array}\right} \ce{->}$生成无色具有刺激性 且 可使品红溶液褪色的气体 $(\ce{SO2})$

  • $\ce{CO^{2-}_3} \space\And\space \ce{HCO^-_3}$

    $ \left.\begin{array}{l} \begin{cases} \ce{CO^{2-}_3 &->[CaCl_2]&白色沉淀&->[足量 HCl] 白色沉淀完全溶解}\ \ce{HCO^-_3 &->[CaCl_2]&无沉淀&->[\qquad\qquad 足量 HCl\qquad\qquad]} \end{cases} \end{array}\right} \ce{->}$生成无色无味 且 可使澄清石灰水变浑浊的气体 $(\ce{CO2})$

  • $\ce{AlO^-_2} \space\And\space \ce{SiO^{2-}_3}$

    $ \begin{cases} \ce{AlO^-_2 &->[少量 HCl]&白色沉淀&->[过量 HCl]&白色沉淀完全溶解}\ \ce{SiO^{2-}_3 &->[少量 HCl]&白色沉淀&->[过量 HCl]&白色沉淀不溶解} \end{cases} $

  • $\ce{S2O^{2-}_3}$

    待测液 $\ce{->[HCl]}$ 黄色沉淀 且 生成具有刺激性气味的气体

    $\ce{S2O^{2-}_3 + 2H+ \xlongequal{} S v + SO2 ^ + H2O}$

  • $\ce{S^{2-}}$

    1. 待测液 $\ce{->[Cu^{2+}]}$ 黑色沉淀 $\ce{CuS}$

    2. 待测液 $\ce{->[氯水][(氧化剂)]}$ 黄色沉淀 $\ce{S}$

  • $\ce{NO^-_3}$ 待测液 $\ce{->[浓缩]->[H2SO4、Cu]}$ 红棕色气体 $\ce{NO2}$（或 无色气体 $\ce{NO}$ 随后立即变为红棕色）

例题：

无色溶液的阴离子可能是 $\ce{Cl- 、Br- 、I- 、SO^2-_3 、SO^2-_4}$ 中的一种或几种，取少量该溶液与试管中，滴加少量氯水，溶液仍为无色，将试管中的溶液分成两份，分别加入 $\ce{AgNO3}$ 和 $\ce{BaCl2}$ 溶液，均有白色沉淀产生。则原溶液中一定存在的阴离子与可能存在的阴离子有哪些？

解答：

  1. 由于溶液是无色的，因此滴加的少量氯水与还原性物质进行了反应，可被氧化的还原性物质有 $\ce{Br- 、I- 、SO^2-_3}$

  2. 由于 $\ce{Br- 、I-}$ 被氧化后的溶液有颜色（$\ce{Br:}$ 橙黄；$\ce{I2:}$ 黄），而且 $\ce{\overset{+4}{S}}$ 的还原性较大，因此氯水使得 $\ce{SO^2-_3}$ 氧化为 $\ce{SO^2-_4}$ ，因此溶液中一定存在 $\ce{SO^2-_3}$

  3. 但如果氯水较少，仅氧化 $\ce{SO^2-_3}$ ，而如果有 $\ce{Br- 、I-}$ ，则不会被氧化，因此溶液中可能存在 $\ce{Br- 、I-}$

  4. 滴加少量氯水时为溶液引入 $\ce{Cl-}$ ，因此无法通过与 $\ce{AgNO3}$ 反应生成 $\ce{AgC}$ 沉淀判断原溶液是否存在 $\ce{Cl-}$

  5. 由于无论原溶液是否存在 $\ce{SO^2-_4}$ ， $\ce{SO^2-_3}$ 都会被氧化为 $\ce{SO^2-_4}$ ，因此无法通过与 $\ce{BaCl2}$ 反应生成 $\ce{BaSO4}$ 沉淀判断原溶液是否存在 $\ce{Cl-}$

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