判断水溶液中离子不能大量共存的依据判断水溶液中离子不能大量共存的依据判断水溶液中离子不能大量共存的依据

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判断水溶液中离子不能大量共存的依据

    一、依据溶液的颜色    如果试题已指明溶液无色,则有色离子不能大量共存。常见呈现颜色的离子有:外壳电子数为9~17的第一过渡系元素的水合离子,能吸收一定波长的可见光,使其离子由基态跃迁到激发态,而呈现颜色。这些离子的颜色列于表1。

表1 第一过渡系元素离子的颜色 离子 颜色 离子 颜色 ti3+ 紫色 fe3+ 淡紫色 v3+ 绿色 fe2+ 浅绿色 v4+ 蓝色 co2+ 粉红色 cr3+ 蓝紫色 ni2+ 亮绿色 mn2+ 桃红色 cu2+ 蓝色

    *   水解后,呈黄棕色。    水溶液中某些含氧酸根是有色的。例如,mno4-呈紫色,mno42-呈绿色,cro42-呈黄色,cr2o72-显橙红色,vo3-显黄色。    2电子或8电子外壳的离子是无色的。例如,li+,na+,k+,ca2+,sr2+,ba2+,f-,cl-,br-,i-,s2-,se2-等。    二、依据溶液的酸碱性    1.由试题所给条件确定溶液的酸碱性    如果试题给出溶液的ph<7,则为酸性;ph>7,则为碱性。如果试题指明,在298k,水的电离度减小,则溶液可能是酸性,也可能是碱性。其原因是:在298k, 纯水电离所产生的h+和oh-浓度的乘积是1×10-14,即水的离子积,[h+]×[oh-]=1×10-14。在纯水中加入较大量的可溶性强酸时,可将酸电离所产生的h+的浓度,当做溶液中h+的总浓度,且[h+]>>1×10-7mol·l-1。这时水的离子积仍保持为1×10-14,故由水电离所产生的[oh-]和[h+]均小于1×10-7mol·l-1。由此可见,加入可溶性酸时,能抑制水的电离,使其电离度减小,溶液呈现酸性。同理,加入较大量的可溶性强碱时,水的电离度也能显著减小,溶液呈现碱性。    2.在酸性或碱性溶液中不能大量共存的离子    在强酸性溶液中,由两性氢氧化物生成的含氧酸根不能大量共存,例如,alo2-,zno22-,cro2-等。在强碱性溶液中,由两性氢氧化物电离所产生的简单阳离子不能大量共存,例如,al3+,cr3+,zn2+等。     三、依据非氧化还原反应    水溶液中离子之间能够发生非氧化还原反应时,则不能大量共存。离子之间的非氧化还原反应可区分为:    1.生成难溶于水的物质    (1)pb2+,ag+,hg22+与cl-不能大量共存,因为能生成难溶的pbcl2,agcl,hg2cl2。    (2)cu2+,cd2+,bi3+,hg2+,as3+,sb3+,sn2+和ag+与s2-,hs-不能大量共存,因为能生成难溶于水和稀酸的硫化物。    (3)mn2+,fe2+,co2+,ni2+和zn2+与s2-不能大量共存。虽然它们的硫化物能溶于稀酸([h+]为0.3mol·l-1),但是它们能同(nh4)2s和nh3·h2o溶液中的s2-反应,生成难溶的硫化物沉淀。    (4)ca2+,sr2+,ba2+,fe2+,pb2+,zn2+和ag+与co32-不能大量共存,因为能生成难溶的碳酸盐。    (5)ca2+,sr2+和ba2+与so42-不能大量共存,因为caso4微溶于水,srso4和baso4难溶于水。    (6)ca2+,sr2+和ba2+与po43-不能大量共存,因为它们的磷酸盐难溶于水。    (7)mg2+,cu2+,zn2+,al3+和fe3+与oh-不能大量共存,因为它们的氢氧化物难溶于水。    (8)al3+和s2-,不能大量共存于溶液中,因为二者能完全水解,生成难溶的al(oh)3和h2s。    2.生成难电离的物质    (1)h+与oh-不能大量共存,因为能反应生成难电离的h2o。h2po4-,hco3-与oh-不能大量共存,因为二者同oh-反应分别生成po43-,co32-和难电离的h2o。    (2)clo-与h+不能大量共存,因为能生成难电离的hclo。    3.生成气态物质    (1)co32-,hco3-,so32-和s2-与h+不能大量共存,因为它们能同h+反应,分别生成co2,so2,h2o和h2s。al3+与co32-不能大量共存,因为二者水解,相互反应生成难溶的al(oh)3和气体co2。    (2)nh4+与oh-不能大量共存,因为二者反应,能生成气体nh3和h2o。    4.生成配合物    当两种离子在水溶液中反应生成配合物时,则二者不能大量共存。例如,fe3+与scn-不能大量共存,因为二者反应,生成配合物[fe(ncs)n]3-n(n=1~6)。ag+与cn-不能大量共存,因为二者反应,生成[ag(cn)2]-。    四、依据氧化还原反应    在水溶液中,如果氧化性离子与还原性离子能自发地进行氧化还原反应,则二者不能大量共存。    1.根据化合价判断离子的氧化性或还原性    在离子中某元素的原子呈现最高化合价时,这个离子只有氧化性,例如,so42-;呈现中间价态时,既有氧化性,又有还原性,例如,so32-;呈现最低化合价时,只有还原性,例如,s2-。由于氮的最高化合价是+5,最低化合价是-3,所以,no3-只有氧化性,no2-既有氧化性,又有还原性,nh4+只有还原性。mno4-和cr2o72-只有氧化性,二者是强的氧化剂,因为锰的最高化合价是+7,铬的最高化合价是+6。     2.自发进行氧化还原反应的条件    自发地进行氧化还原反应的条件是强的氧化剂和强的还原剂反应,生成弱的还原剂和弱的氧化剂。例如:       3.氧化剂和还原剂相对强弱的比较    (1)酸性介质中氧化剂和还原剂的相对强弱    在酸性介质中,温度是298k,离子浓度为1mol·l-1,气体分压为1.01×105pa,某些常见氧化剂的氧化性和还原剂的还原性的相对强弱列于表2。

表2 酸性介质中常见氧化剂的氧化性和还原剂的还原性的相对强弱 氧化剂 还原剂 ↓

氧化剂的氧化性依次增强

so42- so32-(h2so3) 还原剂的还原性依次增强

so32-(hso3) s i2 i- fe3+ fe2+ no3- no2(n2o4) no3- no2-(hno2) no3- no no2- no br2 br- io3- i2 cr2o72- cr3+ cl2 cl- io-(hio) i2 clo3- cl2 bro3- br2 mno4- mn2+ bro-(hbro) br2 clo-(hclo) cl2 mno4- mno2

    在表2中,由上到下,氧化剂的氧化性依次增强。由上到下,氧化剂的氧化性依次增强,最强的氧化剂是mno4-;最弱的氧化剂是so42-。由下到上,还原剂的还原性依次增强,最强的还原剂是so32-;最弱的还原剂是mno2。     在某较强氧化剂和较强还原剂之间,该氧化剂的还原产物和还原剂的氧化产物之间,画两条对角线。位于对角线左下角的氧化剂和位于右上角的还原剂是反应物;另一对角线位置的是生成物。例如,由cr2o72-与fe2+,cr3+与fe3+的对角线可知,下面氧化还原反应可自发进行:    cr2o72-+6fe2++14h+=2cr3++6fe3++7h2o    显而易见,位于表2中左下方的离子和右上方的离子在酸性溶液中不能大量共存。    综上所述,可得出以下结论:    ①在酸性介质中mno4-与简单阴离子cl-,br-,i-,fe2+,低价含氧酸根so32-和no2-不能大量共存于溶液中。    ②在酸性介质中cr2o72-与简单阴离子br-,i-,fe2+,低价含氧酸根so32-,no2-不能大量共存于溶液中。    ③在酸性介质中,cl-与clo-,cl-与clo3-,br-与bro-,br-与bro3-,i-与io-,i-与io3-不能大量共存,因这它们之间能够进行高低价反应分别生成卤素单质cl2,br2,i2。    (2)碱性介质中,某些氧化剂和还原剂的相对强弱。    在298k,离子浓度为1mol·l-1时,碱性介质中某些氧化剂和还原剂的相对强弱列于表3。

表3 碱性介质中某些氧化剂和还原剂的相对强弱 氧化剂 还原剂 ↓氧化剂的氧化性增强↓ so42- so32- ↑还原剂的还原性增强↑ se se2- s s2- no3- no2- io3- i- mno4- mno2 bro3- br- clo3- cl- bro- br- clo- cl-

    由表3可得出结论:    ①在碱性介质中,mno4-与i-,se2-,s2-,so32-,no2-不能大量共存于溶液中。    ②在碱性介质中,bro3-与i-,clo3-与br-,bro-与 cl-,clo-与br-不能大量共存于溶液中。

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