所谓离子共存,实质上就是判断离子间是否发生反应的问题。
能够发生反应的离子就不能共存,不能够发生反应的离子才可以共存。
离子能够大量共存,包括离子相互间不会发生化学反应,不会生成沉淀,不会生成气体。
判断能否发生反应,不仅是有沉淀、气体、水、难电离的物质产生,还涉及到溶液的酸碱性、有色、无色,能否进行氧化还原反应等。
一、 判断离子能否大量共存的“四个要点”
1.一色——溶液颜色。
几种离子的颜色:Cu2 蓝色、Fe3 棕黄色、Fe2 浅绿色、MnO4-紫红色、Cr2O7 2-橙(红)色、CrO42-(浅)黄色、Cr3 绿色、Mn2 浅玫瑰色,稀溶液无色、Fe(H2O)6 3 淡紫色、Co2 玫瑰色、Ni2 绿色、MnO42-绿色、Fe(CN)64-黄绿色、Fe(CN)6 3-黄棕色。
若限定无色溶液,则Cu2+、Fe3+、Fe2+、MnO4-等有色离子不能存在。
2.二性——溶液的酸、碱性:
(1)在强酸性溶液中,OH-及弱酸根阴离子(如CO32-,SO32-,S2-,CH3COO-等)均不能大量存在;
(2)在强碱性溶液中,H 及弱碱阳离子(如NH4 ,Al3 ,Mg2 ,Fe3 等)均不能大量存在;
(3)酸式弱酸根离子(如HCO3-,HSO3-,HS-)在强酸性或强碱性溶液中均不能大量存在.
3.三特殊——三种特殊情况:
⑴ AlO2-与HCO3-不能大量共存:
AlO2- HCO3- H2O=Al(OH)3↓
CO32-。
⑵“NO3-+H+”组合具有强氧化性,能与S2-、Fe2+、I-、SO32-等还原性的离子发生氧化还原反应,不能大量共存。
⑶ 只有有沉淀物质生成的双水解反应才能进行到底,这样的阴阳离子在水溶液中不能大量共存。如:NH4 与CH3COO-、CO32-、HCO3-、S2-、HS-,Mg2+与HCO3-等组合中,虽然两种离子都能水解且水解相互促进,但总的水解程度仍很小,它们在溶液中能大量共存。但NH4 与AlO2-、SiO32-却不能大量共存。
4. 四看——离子在溶液中能否大量共存
⑴ 一看是否发生复分解反应(生成难溶、难电离、挥发性物质)
能发生复分解反应,即能够形成沉淀、易挥发性物质(气体)、弱电解质(如水、弱酸、弱碱等)的离子不能大量共存。如Ba2+与SO42-、NH4+与OH-、H+与CH3COO-等;其中,微溶物如CaSO4等少量可以共存,大量不能共存。
⑵ 二看是否发生氧化还原反应,能发生氧化还原反应的离子不能大量共存。一般说来,有氧化性的离子(如MnO4-、ClO-、Fe3 、NO3-等)与有还原性的离子(如S2-、I-、Br-、SO32—、Cl-、Fe2 等)不能大量共存。
⑶ 三看是否发生双水解反应,能发生完全双水解的阴阳离子在水溶液中不能大量共存。一般地,生成物中有沉淀或气体产生的双水解反应可以完全进行。如:Al3+与HCO3-、Al3+与AlO2-、Fe3+与HCO3-、CO32-、AlO2-等。
⑷ 四看是否发生络合反应,能形成络合物的离子不能大量共存,如Fe3 与SCN-,Fe3 与C6H5O-,Ag 与NH3·H2O(NH4 ,OH-)能反应生成络合物而不能大量共存。
二、 离子能否大量共存的规律
1.由于发生复分解反应,离子不能大量共存
⑴ 强酸(HClO4、HI、HBr、HCl、H2SO4、HNO3)可以和强酸的酸根离子共存;
酸性溶液中有H 存在,其中不能大量含有OH-、弱酸根离子(如F-、ClO-、CH3COO-、PO43-、AlO2-、SiO32-等),弱酸的酸式根离子(如:HCO3-,HSO3-,HS-,HPO4 2-,H2PO4-)。
⑵ 强碱(KOH、NaOH、Ba(OH)2等)OH-与弱碱的阳离子(如Cu2 、NH4 、Al3 等)不能共存。
碱性溶液中有OH-存在,其中不能大量含有H 、弱碱的阳离子(如NH4 、Mg2 、Zn2 、Ag 、Al3 、Cu2 、Fe2 、Fe3 等)以及弱酸的酸式根离子(如HCO3-、HSO3-、HS-、HPO42-、H2PO4-等)。
⑶ 弱酸的酸式根离子与H 、OH-都不能共存,如HCO3-、HS-、HSO3-、HPO42-等。但强酸的酸式根离子只与碱不能共存,如HSO4-。
⑷ 有难溶物(微溶物)生成、难电离物质生成、易挥发物质生成。由于难溶物、难电离物微粒之间有比较强的相互作用,分子难以电离成离子;挥发性物质生成并从溶液中分离,都导致溶液中离子浓度降低,使离子不能大量共存。
① 有气体产生。生成气体或挥发性物质,则这些离子不能大量共存。如:CO32-、SO32-、S2-、HCO3-、HSO3-、HS-等易挥发的弱酸的酸根与H 不能大量共存。NH4 与OH-不能大量共存。
② 有沉淀生成。生成难溶物或微溶物时,这些离子就不能大量共存。
如Ba2 、Ca2 、Mg2 、Ag 等与SO42-、CO32-等不能大量共存;
Ag 与Cl-、Br-、I-、CO32-、SO32-、S2-不能大量共存;
Mg2 、Mn2 、Zn2 、Ba2 、Ca2 与CO32-、SO32-、PO43-不能大量共存;
Pb2 与Cl-,S2-与Cu2 、Fe2 、Pb2 -等不能大量共存。
S2-与Cu2 、Pb2 等,不能大量共存。
③ 有弱电解质生成。生成难电离的物质时,则这些离子不能大量共存。如:
H 与OH-、CO32-、S2-、SO32-、CH3COO-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、F-、ClO-、AlO2-、SiO32-、CN-、C17H35COO-等不能大量共存;
OH-与NH4 、Cu2 、Fe2 、HCO3-、HS-、HSO3-、H2PO4-、HPO42-这些离子不能大量共存。
2.由于发生氧化还原反应,离子不能大量共存
强氧化剂和强还原剂不能共存。
常见强氧化剂:硝酸;浓硫酸;MnO4-(H )溶液;铁离子(Fe3 );NO3-(H )溶液;含有ClO-在酸、碱性的溶液中都有强氧化性。
常见强还原剂:I-;Fe2 ;-2价硫(如S2-、HS-、H2S); 4价硫(如SO2、SO3、HSO3-)等。
(1)具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存。如S2-、HS-、SO32-、I-和Fe3 不能大量共存。
(2)在酸性或碱性的介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存。如MnO4-、Cr2O7-、NO3-、ClO-与S2-、HS-、SO32-、HSO3-、I-、Fe2 等在酸性条件下不能大量共存;SO32-和S2-在碱性条件下可以共存,但在酸性条件下则由于发生2S2-+SO32-+6H ==3S↓+3H2O反应不能共存。H 与S2O32-不能大量共存。
如:Fe3 与S2-、SO32-、HSO3-、I-(在H 环境下,可抑制Fe3 水解) ;
NO3-(H )与Fe2 、S2-、HS-、SO32-、HSO3-、Br-、I-;
MnO4-(H )与Cl-、Fe2 、S2-、HS-、SO32-、HSO3-、Br-、I-
S2-(H )与SO3 2-,H 与S2O32-和S2-;
ClO-与I-、S2-、SO3 2-、Br-、Fe2 等不能大量共存。
S2O32-在酸性条件下发生歧化反应:
S2O32-+2H =S↓+SO2↑+H2O
(产生无色气体和淡黄色沉淀)
3. 能水解的阳离子跟能水解的阴离子在水溶液中不能大量共存(双水解)
某些离子相遇形成弱酸弱碱盐时,阴阳离子相互促进水解,平衡向水解方向移动而水解完全,使溶液中的离子浓度迅速降低。
一些容易发生水解的离子,在溶液中的存在是有条件的。如AlO2-、S2-、CO32-、C6H5O-等必须在碱性条件下才能在溶液中存在;如Fe3 、Al3 等必须在酸性条件下才能在溶液中存在。盐溶液中,弱酸的阴离子和弱碱的阳离子容易发生水解,这两类离子不能同时存在于同一溶液中,即离子间能发生“双水解”反应。
如Al3 和HCO3-、CO32-、HS-、S2-、AlO2-、ClO-、SiO3 2-等;
NH4 与AlO2-,SiO3 2-
AlO2-与Mg2 ,Fe2
Fe3 与CO32-、HCO3-、AlO2-、ClO-、SiO3 2-等不能大量共存。
① 铝离子和碳酸氢根离子:
Al3 +3HCO3-==Al(OH)3↓+3CO2↑(因为反应物和生成物中都有水抵消了,就不表示出来了)
② 铝离子和碳酸根离子:
2Al3 +3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑
③ 铝离子和硫离子:
2Al3 +3S2-+6H20=2Al(OH)3↓+3H2S↑
④ 铝离子和HS-硫氢根离子:Al3 +3HS-+3H2O==Al(OH)3↓+3H2S↑
⑤ 铁离子和碳酸根离子:
2Fe3 +3CO32-3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑
⑥ 铁离子和碳酸氢根离子:
Fe3 +3HCO3-=Fe(OH)3↓+3CO2↑
⑦ 铵根离子和偏铝酸根离子: AlO2-+NH4 +H2O ==Al(OH)3↓+NH3↑
⑧ 铝离子和偏铝酸根离子: Al3 +3AlO2-+6H2O =4Al(OH)3↓
⑨ 偏铝酸根离子和硫酸氢根离子:AlO2-+HSO3-+H2O=Al(OH)3↓+SO32-
⑩ 磷酸根离子和磷酸氢根离子: PO43-+H2PO4-=2HPO42-
4. 溶液中能发生络合反应的离子不能大量共存
发生络合反应使离子浓度降低。如Fe2 、Fe3 与SCN-,Fe3 与CN-,Ag 与S2O32-,Fe3 与C6H5O-等不能大量共存。
以上内容简化为:
① 强酸不存弱酸根 ② 强碱不存弱碱金属
③ 氧化还原不共存 ④ 成络(发生络合反应)不共存
三、 附加隐含条件的应用规律
1. 溶液无色透明时,则溶液中肯定没有有色离子。即Fe2 (浅绿色)、Fe3 (黄色)、Cu2 (蓝色)、MnO4-(紫色)等离子。若“透明”,则溶液不形成混浊或沉淀(与溶液有无颜色无关)。如AgCl↓白色;AgBr↓淡黄色;AgI↓黄色;Ag2S↓黑色。
Ca2 与CO32-、SO42-;Ba2 与CO32-、SO32-、SO42-等在水溶液中会发生反应,有混浊或明显的沉淀生成,它们不能大量共存。
2. 强碱性溶液中肯定不存在与OH-起反应的离子,不能大量存在氢离子(H )。不能大量存在弱碱金属离子。
常见的叙述有强碱性溶液、PH=14的溶液、能使PH试纸变蓝的溶液、红色石蕊试纸变蓝的溶液、酚酞呈红色的溶液、甲基橙呈黄色的溶液,加入铝粉反应后生成AlO2-的溶液,既能溶解Al(OH)3又能溶解H2SiO3的溶液,c(H )为1×10-10mol/L等。
3. 强酸性溶液中肯定不存在与H 起反应的离子,不能有大量的氢氧根(OH-);不能大量存在弱酸根离子。
常见的叙述有强酸性溶液、PH=1的溶液、能使PH试纸变红的溶液、紫色石蕊试液呈红色的溶液、甲基橙呈红色的溶液、加入镁粉能放出氢气的溶液c(0H-)为1×10-10mol/L等。均隐含有H 。
4. 注意题目要求“大量共存”还是“不能大量共存”。
5. 能发生氧化还原反应的离子也不能共存:如:Fe3 、Cu2 与I-,H 、I-、Fe2 与NO3-,S2—、Fe2 与ClO-,H 、I-与SO32—或S2—等。
6. 注意溶液的酸性对离子间发生氧化还原反应的影响。如:Fe2 与NO3-能共存,但在强酸性条件下(即Fe2 、NO3-、H 相遇)不能共存;MnO4-与Cl-在强酸性条件下也不能共存;S2-与SO32-在钠、钾盐时可共存,但在酸性条件下则不能共存。
7. 若题目中出现可酸可碱这样的条件,则溶液中可能有H 存在,也可能有OH-存在,分析时要注意题目要求回答的是一定能大量共存(满足无论是与H 还是与OH-都不会反应)还是可能大量共存(只要满足与H 、OH-中的一种不会反应就可以)。
常见的叙述有能使Al反应放出H2的溶液。或水电离c(OH-)或者c(H )浓度为10-13mol/L,HCO3-不能稳定存在的溶液,可能有大量H 或OH-,甲基橙呈黄色的溶液。
8. 酸式盐的含氢弱酸根离子不能与强碱(OH-)、强酸(H )共存。
如HCO3-+OH-=CO32-+H2O(HCO3-遇碱时进一步电离);HCO3-+H
=CO2↑+H2O
“通入足量NH3”与氨水反应的离子不能存在
四、 离子共存问题常见的其它问题
⒈ Al(OH)3有酸式电离和碱式电离:增加OH-、Al3 浓度,或者增加H 、AlO2-浓度,都可以使平衡向生成沉淀的方向移动。因此OH-、Al3 ;H 、AlO2-不能大量共存,但OH-、AlO2-;Al3 、H 可以大量共存。
⒉ 在有H存在时,MnO4-、ClO-、NO3-的氧化性会增强。如Fe2 、Na 、NO3-可以共存;但Fe2 、H 、NO3-不能共存,Fe2 被氧化成Fe3 。
3. Fe2 与Fe3 可以共存,因为它们之间不存在中间价态。Fe3 与I-,S2-与SO32-不需要在H 环境下。
4. 常温下,某溶液中由水电离出的H 浓度为0.01mol/L,则该溶液可能是pH=2或者pH=12的溶液。该溶液为酸性或碱性,有H 或者OH-。
5 某种溶液中有多种阳离子,则阴离子一般有NO3-;某种溶液中有多种阴离子,一般阳离子有K 、Na 、NH4 中的一种或几种。
6. 酸性条件下ClO-与Cl-不共存。NO3-(有H 时)不能氧化Cl-。
7. HS-视同S2-,HSO3-视同SO3 2-。
8. Fe3 不能氧化Cl-。