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
- $Na^{+}$ 与 $K^{+}$ 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 $K^{+}$ ，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（ $Na_{2} SiO_{3}$ ）

$Mg^{2 +} \overset{少量 NaOH}{\to} 白色沉淀 Mg (OH)_{2} ↓ \overset{滴加 NaOH 至过量}{\to} 白色沉淀不溶解$
$Al^{3 +} \overset{少量 NaOH}{\to} 白色沉淀 Al (OH)_{3} ↓ \overset{滴加 NaOH 至过量}{\to} 白色沉淀完全溶解 AlO_{2}^{-}$
如果白色沉淀部分溶解则说明均含有 $Mg^{2 +}$ 与 $Al^{3 +}$

$Fe^{3 +}$
1. 待测液 $\overset{KSCN 溶液}{\to}$ 溶液变为血红色 $Fe (SCN)_{3}$
2. 待测液 $\overset{NaOH 溶液}{\to}$ 产生红褐色沉淀 $Fe (OH)_{3}$
3. 待测液 $\overset{苯酚}{\to}$ 溶液显紫色
$Fe^{2 +}$
1. 待测液 $\overset{K_{3} [Fe (CN)_{6}]}{\to}$ 产生蓝色沉淀
2. 待测液 $\overset{NaOH 溶液}{\to}$ 白色絮状沉淀 $⟶$ 灰绿色沉淀 $⟶$ 红褐色沉淀
有 $Fe^{2 +}$ 无 $Fe^{3 +}$
待测液 $\overset{KSCN 溶液}{\to}$ 溶液不变红（排除 $Fe^{3 +}$ ） $\to_{(无色氧化物)}^{氯水 or H_{2} O_{2}}$ 溶液变红

$NH_{4}^{+}$ 待测液 $\overset{足量 NaOH}{\to} \overset{加热}{\to}$ 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
$NH_{4}^{+}$ 与 $NaOH$ 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

$Cu^{2 +}$
一般可通过溶液颜色直接判断是否含有 $Cu^{2 +}$ ，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 $\overset{NaOH}{\to}$ 蓝色沉淀 $Cu (OH)_{2}$
$Ag^{+}$
1. 待测液 $\to_{酸化}^{HNO_{3}}$ 无沉淀（排除 $SiO_{3}^{2 -}$ 干扰） $\overset{HCl}{\to}$ 白色沉淀 $AgCl$
2. 待测液 $\overset{少量氨水}{\to}$ $AgOH ↓$ （不稳定） $⟶$ 棕褐色沉淀 $Ag_{2} O$ $\overset{氨水}{\to}$ 沉淀溶解 $[Ag (NH_{3})_{2}] OH$

阴离子

$Cl^{-}$ 待测液 $\to_{酸化}^{HNO_{3}}$ （排除 $CO_{3}^{2 -}$ 的干扰） $\overset{AgNO_{3}}{\to}$ 白色沉淀 $AgCl$

教材对比实验
在三支试管中分别加入 2~3mL 稀盐酸、 $NaCl$ 溶液、 $Na_{2} CO_{3}$ 溶液，然后各滴入几滴 $AgNO_{3}$ 溶液，观察现象。再分别加入少量稀硝酸，观察现象
物质加入 $AgNO_{3}$ 溶液后加入稀硝酸后解释或离子方程式
稀盐酸白色沉淀（ $AgCl$ ）不溶解 $Ag^{+} + Cl^{-} \overset{}{=} AgCl ↓$
$NaCl$ 溶液白色沉淀（ $AgCl$ ）不溶解 $Ag^{+} + Cl^{-} \overset{}{=} AgCl ↓$
$Na_{2} CO_{3}$ 溶液白色沉淀（ $Ag_{2} CO_{3}$ ）溶解并产生气泡 $2 Ag^{+} + CO_{3}^{2 -} \overset{}{=} Ag_{2} CO_{3} ↓$
$Ag_{2} CO_{3} + 2 H^{+} \overset{}{=} 2 Ag^{+} + H_{2} O + CO_{2} ↑$

$Br^{-}$ 待测液 $\overset{氯水}{\to}$ 溶液变黄 $\overset{CCl_{4}}{\to}$ 分层，且下层油状液体（有机层）呈橙色
$I^{-}$
1. 待测液 $\overset{氯水}{\to}$ 溶液变黄 $\overset{笨}{\to}$ 分层，且上层油状液体（有机层）呈紫色
2. 待测液 $\to_{振荡}^{淀粉溶液}$ 蓝色溶液
$Br^{-} & I^{-}$ 待测液 $\ce{->[$ \ce{AgNO3}$ 溶液]}$ ${\begin{cases} 淡黄色沉淀 AgBr ↓ & Br^{-} \\ 黄色沉淀 AgI ↓ & I^{-} \end{cases}$

物质	加入 $AgNO_{3}$ 溶液后	加入稀硝酸后	解释或离子方程式
稀盐酸	白色沉淀（ $AgCl$ ）	不溶解	$Ag^{+} + Cl^{-} \overset{}{=} AgCl ↓$
$NaCl$ 溶液	白色沉淀（ $AgCl$ ）	不溶解	$Ag^{+} + Cl^{-} \overset{}{=} AgCl ↓$
$Na_{2} CO_{3}$ 溶液	白色沉淀（ $Ag_{2} CO_{3}$ ）	溶解并产生气泡	$2 Ag^{+} + CO_{3}^{2 -} \overset{}{=} Ag_{2} CO_{3} ↓$ $Ag_{2} CO_{3} + 2 H^{+} \overset{}{=} 2 Ag^{+} + H_{2} O + CO_{2} ↑$

$SO_{4}^{2 -}$
1. 原理：在溶液中， $SO_{4}^{2 -}$ 可与 $Ba^{2 +}$ 反应，生成 不溶于稀盐酸 的白色 $BaSO_{4}$ 沉淀
强酸根形成的沉淀往往难溶于强酸，例如 $BaSO_{4}$ 、 $AgCl$ 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
    $Ba^{2 +}$ 与 $SO_{4}^{2 -} 、 CO_{3}^{2 -} 、 SO_{3}^{2 -}$ 形成沉淀， $Ag^{+}$ 与 $Cl^{-}$ 形成沉淀；稀盐酸可排除 $CO_{3}^{2 -} 、 SO_{3}^{2 -} 、 Cl^{-}$ 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 $BaCl_{2}$ 溶液
  3. 若有白色沉淀产生，则说明待测液中含有 $SO_{4}^{2 -}$ 若无白色沉淀产生，则说明待测液中不含 $SO_{4}^{2 -}$
2. 注意事项
  - 不能只加入 $BaCl_{2}$ ，且盐酸和 $BaCl_{2}$ 的顺序不可以颠倒
    例如：待测液先加入 $BaCl_{2}$ ，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 $SO_{4}^{2 -}$
    因为虽然排除了 $BaCO_{3}$ 和 $BaSO_{3}$ 的干扰，但也有可能是 $AgCl$ （ $HCl$ 不会使 $AgCl$ 沉淀消失）
  - 不可以引入硝酸根，例如不可以加 $HNO_{3}$ 酸化或是加 $Ba (NO_{3})_{2}$
    会使得溶液中可能存在的 $SO_{3}^{-}$ 氧化为 $SO_{4}^{2 -}$

$SO_{3}^{2 -} & HSO_{3}^{-}$
$\begin{array}{l} {\begin{cases} SO_{3}^{2 -} & \overset{CaCl_{2}}{\to} & 白色沉淀 & \overset{足量 HCl}{\to} 白色沉淀完全溶解 \\ HSO_{3}^{-} & \overset{CaCl_{2}}{\to} & 无沉淀 & \overset{足量 HCl}{\to} \end{cases} \end{array}} ⟶$ 生成无色具有刺激性且可使品红溶液褪色的气体 $(SO_{2})$
$CO_{3}^{2 -} & HCO_{3}^{-}$
$\begin{array}{l} {\begin{cases} CO_{3}^{2 -} & \overset{CaCl_{2}}{\to} & 白色沉淀 & \overset{足量 HCl}{\to} 白色沉淀完全溶解 \\ HCO_{3}^{-} & \overset{CaCl_{2}}{\to} & 无沉淀 & \overset{足量 HCl}{\to} \end{cases} \end{array}} ⟶$ 生成无色无味且可使澄清石灰水变浑浊的气体 $(CO_{2})$

$AlO_{2}^{-} & SiO_{3}^{2 -}$
${\begin{cases} AlO_{2}^{-} & \overset{少量 HCl}{\to} & 白色沉淀 & \overset{过量 HCl}{\to} & 白色沉淀完全溶解 \\ SiO_{3}^{2 -} & \overset{少量 HCl}{\to} & 白色沉淀 & \overset{过量 HCl}{\to} & 白色沉淀不溶解 \end{cases}$

$S_{2} O_{3}^{2 -}$
待测液 $\overset{HCl}{\to}$ 黄色沉淀且生成具有刺激性气味的气体
$S_{2} O_{3}^{2 -} + 2 H^{+} \overset{}{=} S ↓ + SO_{2} ↑ + H_{2} O$
$S^{2 -}$
1. 待测液 $\overset{Cu^{2 +}}{\to}$ 黑色沉淀 $CuS$
2. 待测液 $\to_{(氧化剂)}^{氯水}$ 黄色沉淀 $S$

$NO_{3}^{-}$ 待测液 $\overset{浓缩}{\to} \overset{H_{2} SO_{4} 、 Cu}{\to}$ 红棕色气体 $NO_{2}$ （或无色气体 $NO$ 随后立即变为红棕色）

例题：
无色溶液的阴离子可能是 $Cl^{-} 、 Br^{-} 、 I^{-} 、 SO_{3}^{2 -} 、 SO_{4}^{2 -}$ 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 $AgNO_{3}$ 和 $BaCl_{2}$ 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：
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 $Br^{-} 、 I^{-} 、 SO_{3}^{2 -}$
由于 $Br^{-} 、 I^{-}$ 被氧化后的溶液有颜色（ $Br :$ 橙黄； $I_{2} :$ 黄），而且 $\overset{+ 4}{S}$ 的还原性较大，因此氯水使得 $SO_{3}^{2 -}$ 氧化为 $SO_{4}^{2 -}$ ，因此溶液中一定存在 $SO_{3}^{2 -}$
但如果氯水较少，仅氧化 $SO_{3}^{2 -}$ ，而如果有 $Br^{-} 、 I^{-}$ ，则不会被氧化，因此溶液中可能存在 $Br^{-} 、 I^{-}$
滴加少量氯水时为溶液引入 $Cl^{-}$ ，因此无法通过与 $AgNO_{3}$ 反应生成 $AgC$ 沉淀判断原溶液是否存在 $Cl^{-}$
由于无论原溶液是否存在 $SO_{4}^{2 -}$ ， $SO_{3}^{2 -}$ 都会被氧化为 $SO_{4}^{2 -}$ ，因此无法通过与 $BaCl_{2}$ 反应生成 $BaSO_{4}$ 沉淀判断原溶液是否存在 $Cl^{-}$

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阳离子 ​

阴离子 ​

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