例析離子組成

　　電解質在水溶液中的反應實際上是離子之間的反應，能發生反應的離子在溶液中是不能大量共存的。根據溶液特征判斷溶液中離子組成是化學常考題型之一，是離子反應重要的考查方式，不同題意方法有多種，今就判斷溶液離子組成的幾種常用方法進行解析，從中體會解題的一般思路，培養良好的思維習慣。
　　
　　一、“肯定+否定”法判斷溶液離子組成
　　
　　例1、一瓶澄清的溶液，其中可能含有NH4+、K+、Na+、Mg2+、Ba2+、Al3+、Cl－、I-、NO3-、CO32-、SO42-離子，取該溶液進行以下實驗：
　　
　　（1）取pH試紙檢驗，溶液呈酸性。
　　
　　（2）取出部分溶液，加入少量CCl4及數滴新制氯水，經振蕩后CCl4層呈紫色。
　　
　　（3）另取部分溶液逐漸加入少量NaOH溶液，使溶液從酸性逐漸變為堿性，在滴加過程中和滴加完畢后，溶液均無沉淀產生。
　　
　　（4）取上述部分堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產生。
　　
　　（5）將（3）得到的堿性溶液加熱，有氣體放出，該氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，根據上述實驗事實確定：
　　
　　①該溶液中肯定存在的離子是_________； ②肯定不存在的離子是_________；
　　
　　③還不能確定是否存在的離子是__________________________________。
　　
　　解析：溶液呈酸性肯定有H+，所以肯定不含有CO32-；加入少量CCl4及數滴新制氯水，經振蕩后CCl4層呈紫色，一定含有I—，所以肯定不含有NO3-；加入NaOH溶液，過程中和滴加完畢溶液均無沉淀產生，肯定不含有Mg2＋和Al3＋；上述堿液加碳酸鈉溶液，有白色沉淀產生，肯定含有Ba2+，肯定不含有SO42－；將（3）溶液加熱，有使濕潤的紅色石蕊試紙變藍氣體放出，肯定含有NH4+。綜合以上，溶液中肯定存在的離子是Ba2+、I－、NH4+ ；肯定不存在的離子是CO32-、NO3-、Mg2+、Al3+、SO42－ ；不能確定是否存在的離子是K+、Na+、Cl－。
　　
　　這種“肯定+否定”相關聯的方法確保了思維的嚴密性，是正確解答問題的基礎。
　　
　　二、“陽離子+陰離子”法判斷溶液離子組成
　　
　　例2、某無色透明溶液，與鋁反應放出氫氣，下列離子：Mg2+，Cu2+，Ba2+，H+，Ag+，SO42－，SO32－，HCO3－，OH－，NO3－，試判斷以下兩種情況何者能存在于此溶液中。
　　
　　①當生成Al3+時，可能存在____________。
　　
　　②當生成AlO2—時，可能存在___________。
　　
　　解析：無色透明溶液，一定不含Cu2+；與鋁反應放出氫氣，則溶液可能酸性也可能堿性，一定不含HCO3－；當生成Al3+時溶液呈強酸性，含有H+，由此排除OH－，SO32－，NO3－（HNO3和Al反應不放氫氣）存在，溶液中至少有一種陰離子，所以一定含有SO42－，根據SO42－的存在排除Ba2+和Ag+，溶液中還可能含有Mg2+。
　　
　　當生成AlO2—時溶液呈強堿性，含有OH－，由此排除H+，Mg2+，Ag+存在，溶液中至少有一種陽離子，所以一定含有Ba2+，根據Ba2+的存在排除SO42－和SO32－，溶液中還可能含有NO3－。
　　
　　溶液中至少有一種陰離子或陽離子可以使好多貌似難解的題目變得豁然開朗，是解決此類習題有效的隱形助手。
　　
　　三、“定性+定量”法判斷溶液離子組成
　　
　　例3、今有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的若干種：
　　
　　K+、NH4+、Cl－、Mg2+、Ba2+、CO32－、SO42－，現取三份100 mL溶液進行如下實驗：
　　
　　（1）第一份加入AgNO3溶液有沉淀產生
　　
　　（2）第二份加足量NaOH溶液加熱后，收集到氣體0.04 mol
　　
　　（3）第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27 g，經足量鹽酸洗滌、干燥后，沉淀質量為2.33 g。根據上述實驗，以下推測正確的是（   ）。
　　
　　A.K+一定存在         B.100 mL溶液中含0.01 mol CO32－
　　
　　C.Cl-可能存在        D.Ba2＋一定不存在，Mg2+可能存在
　　
　　解析：本題是一個定性加定量的判斷題。加足量NaOH溶液收集到氣體0.04 mol，溶液中一定含有NH4+且為0.04 mol；根據加入BaCl2溶液得沉淀，經鹽酸洗滌后沉淀部分溶解，溶液中一定含有CO32－、SO42－，不含Mg2+（Mg2+和CO32－不共存）
　　
　　n（SO42－）=2.33 g/233 g·mol-1=0.01 mol，
　　
　　n（CO32－）=（6.27 g-2.33 g）/137 g·mol-1=0.02 mol。
　　
　　K+的存在是本題的難點，從定性的角度沒有涉及K+的反應現象，但從電荷守恒角度分析，溶液中0.04 mol NH4+、0.01 mol SO42-、0.02 mol CO32-不是電中性溶液，所以溶液中一定含有K+且為0.02 mol。至于Cl-，可能有也可能沒有，如果有，K+更多。選A、C。
　　
　　四、“瞻前+顧后”法判斷溶液離子組成
　　
　　例4、某無色溶液，可能由Na+、Ag+、Ba2+、Al3+、AlO2-、MnO4-、CO32-、SO42-中的若干種組成。取該溶液進行以下實驗：
　　
　　（1）取適量試液，加入過量鹽酸，有氣體生成，并得到溶液；
　　
　　（2）在（1）所得溶液中加入過量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時析出白色沉淀甲；
　　
　　（3）在（2）所得溶液中加入過量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成，并有白色沉淀乙析出；則溶液中①一定不存在的離子是_________；②一定存在的離子是________________，③判斷沉淀乙成分的方法是___________________________。
　　
　　解析：本題注重的不僅僅是離子之間的反應，更應注重在題設條件下離子之間的隱含反應，如過量的試劑帶來的反應，如離子反應后新生成離子的反應，要把離子反應與實驗現象“瞻前顧后”結合起來分析。加入過量鹽酸，有氣體生成，一定含有CO32-，同時排除Ag+、Ba2+、Al3+的存在；第二步是本題的難點，在（1）所得溶液中加入過量碳酸氫銨溶液，有氣體生成，同時析出白色沉淀，應該是Al3+和HCO3-的雙水解才會產生的現象，不過Al3+已經在第一步被排除，結合第一步，Al3+應該是AlO2-和過量H+反應生成的；突破這一點，本題題意變得明朗，在（2）所得溶液中加入過量Ba(OH)2溶液，也有氣體生成NH3，并有白色沉淀乙析出，由于沒有涉及SO42-的反應，乙則可能是碳酸鋇也可能是硫酸鋇。
　　
　　答案：①Ag+、Ba2+、Al3+、MnO4-②Na+、AlO2-、CO32-③加入鹽酸，觀察沉淀是否完全溶解。
　　
　　只有嚴密的思維才會產生正確的解題路徑，離子組成判斷類習題，有時需要多種方法的靈活整合，所以一定要熟練掌握各種基本的思路方法，才能在遇到新情境時靈活變通、舉一反三，提高解題的速度。