高中化學(xué)離子推斷題中的解題技巧

摘要：隨著化學(xué)教育的深入，高中化學(xué)離子推斷題已成為培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾d體.本文以高中化學(xué)離子推斷題為基礎(chǔ)，介紹了四個(gè)離子推斷原則.這些原則為學(xué)生提供了一套完整的離子推斷思路，幫助學(xué)生更加準(zhǔn)確地判斷離子的存在與否，提高解題效率和準(zhǔn)確率.同時(shí)，這些原則也有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)觀察能力，為后續(xù)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：離子推斷；推斷原則；邏輯思維；解題技巧

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）28-0126-03

在高中化學(xué)教學(xué)中，離子推斷題一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn).為了幫助學(xué)生更好地掌握離子推斷的方法和技巧，本文將介紹四個(gè)離子推斷原則：肯定性原則、互斥性原則、電中性原則和進(jìn)出性原則.通過掌握這些原則，學(xué)生能夠更好地理解離子推斷的過程，提高解題能力.

1肯定性和電中性原則的應(yīng)用

肯定性原則側(cè)重于通過觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來確定溶液中必然存在或者必然不存在的離子.學(xué)生需要牢記常見的有色離子，如Fe2+、Fe3+、Cu2+、MnO-4等，以便在實(shí)驗(yàn)中快速判斷離子的存在與否；電中性原則強(qiáng)調(diào)溶液的電離平衡，即溶液中必須同時(shí)存在陽(yáng)離子和陰離子，以確保正負(fù)電荷的總量相等，維持整體電中性.這一原則是離子推斷的基本依據(jù)，它要求學(xué)生在分析離子組成時(shí)，必須考慮到所有電荷的平衡，以確保推斷結(jié)果的準(zhǔn)確性.

例1燒杯內(nèi)含有300 mL的無色溶液，它可能含有以下離子：Na+、Fe2+、Mg2+、NH+4、Cl-、SO2-4，CO2-3，小明將這個(gè)溶液分成三等份，并進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：①向第一份溶液中加入過量的 NaOH 溶液并加熱，最終收集到氣體336 mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體；②向第二份滴加AgNO3溶液，觀察到有白色沉淀；③向第三份加入過量的BaCl2溶液，得到了6.27 g沉淀，將沉淀用足量的稀鹽酸洗滌后，還剩余2.33 g沉淀.

試回答下列問題：

（1）原來的無色溶液中一定不存在的離子有；

（2）原來的溶液中可能存在的離子是，如何判斷該離子是否存在，請(qǐng)說明操作步驟；

（3）請(qǐng)計(jì)算一定存在的陽(yáng)離子物質(zhì)的量濃度的取值范圍.

解析根據(jù)肯定性原則，由于溶液無色，故Fe2+不存在；

由①知，向第一份溶液中加入過量的NaOH溶液并加熱，最終收集到氣體336 mL標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氨氣，其物質(zhì)的量為0.336 L22.4 L/mol=0.015 mol，由肯定性原則可知，原溶液中一定含NH+4，且物質(zhì)的量為0.015 mol；由②實(shí)驗(yàn)可知，向第二份滴加AgNO3溶液，觀察到有白色沉淀，白色沉淀可能為 AgCl或碳酸銀、硫酸銀，即溶液中Cl-、SO2-4、CO2-3至少有一種；由③可知，含SO2-4的物質(zhì)的量為2.33 g233 g/mol=0.01 mol，含CO2-3的物質(zhì)的量為6.27 g-2.33 g197 g/mol=0.02 mol，由于含CO2-3，由離子共存可知，一定不存在 Mg2+，由電中性原則可知，0.01 mol×2+0.02 mol×2>0.015 mol，可知一定含陽(yáng)離子 Na+，不能確定是否含 Cl-.

因此，（1）原無色溶液中一定存在Na+、NH+4、CO2-3、SO2-4，一定不存在 Fe2+、Mg2+；（2）原無色溶液可能存在Cl-；要想確定Cl- 是否存在，可以取少許原無色溶液于試管中，向試管中滴加過量的Ba（NO3）2溶液過濾，然后往濾液中滴加少許AgNO3溶液，觀察是否有白色沉淀產(chǎn)生，如有白色沉淀，則說明有Cl-，反之沒有；

（3）溶液中含NH+4 0.015 mol，故濃度c（NH+4）=0.015 mol0.1 L=0.15 mol/L，根據(jù)電荷守恒，正電荷為：n（+）=n（NH+4）=0.015 mol，n（-）=2n（CO2-3）+2n（SO2-4）=0.06 mol，總正電荷小于負(fù)電荷，則原溶液中一定含有Na+，至少為0.045 mol，c（Na+）≥0.45 mol/L，

本題以物質(zhì)的檢驗(yàn)及推斷為主題，要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)系，運(yùn)用離子推斷的方法和技巧進(jìn)行解答.特別是在實(shí)驗(yàn)③中，白色沉淀的出現(xiàn)成為解答的突破口，學(xué)生需要通過細(xì)致的觀察和分析，結(jié)合電中性的原則，推斷出溶液中存在的離子.這樣的題目不僅考查了學(xué)生的分析與計(jì)算能力，還側(cè)重于推斷能力的培養(yǎng)，對(duì)于提高學(xué)生的化學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)技能具有重要作用[1].

2互斥和進(jìn)出性原則的應(yīng)用

互斥性原則指導(dǎo)學(xué)生在確認(rèn)某些離子存在的同時(shí)，考慮到離子之間的相互作用和共存規(guī)律，以排除其他離子存在的可能性.學(xué)生需要關(guān)注題目中隱含的化學(xué)環(huán)境條件，例如溶液的酸堿性質(zhì)、指示劑的變色反應(yīng)、與鋁反應(yīng)釋放氫氣的情況以及水的電離程度等，這些信息有助于他們推斷出可能存在的離子種類；進(jìn)出性原則關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程中可能發(fā)生的離子變化，尤其是反應(yīng)生成的離子或?qū)嶒?yàn)操作中引入的離子，這些可能會(huì)對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響.學(xué)生需要意識(shí)到這些潛在的干擾因素，并在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析時(shí)加以考慮，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[2].

例2某強(qiáng)酸性溶液X中可能含有Fe2+、Fe3+、Al3+、Ba2+、NH+4、CO2-3、NO-3、SO2-4，SiO2-3、SO2-3、Cl-中的若干種，現(xiàn)取X溶液進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程及產(chǎn)物如圖1所示.實(shí)驗(yàn)過程中有一種氣體為紅棕色.

根據(jù)以上信息，回答下列問題：

（1）上述溶液中，可判斷X溶液中除H+外肯定存在的離子有.不能確定的陰離子是；

（2）轉(zhuǎn)化①生成氣體A的離子方程式為.轉(zhuǎn)化⑦的離子方程式為；

（3）若轉(zhuǎn)化③中，D、H2O、O2三種物質(zhì)恰好發(fā)生化合反應(yīng)生成E，則反應(yīng)中D與O2的物質(zhì)的量之比為.若D和O2的混合氣體共12 mL，通入足量水中，剩余氣體2 mL，混合氣體中D的體積為mL.

（4）假設(shè)測(cè)定A、F、K均為0.01 mol，10 mL X溶液中n（H+）=0.04 mol，且不能確定含有的離子只有一種.當(dāng)X溶液中不能確定離子是，沉淀C物質(zhì)的量.

解析由互斥性原則，強(qiáng)酸性溶液中一定不會(huì)存在 CO2-3、SiO2-3、SO2-3離子，向溶液中加入過量硝酸鋇生成沉淀C，則沉淀C為BaSO4，由互斥性原則，說明溶液中含有SO2-4 離子，則一定不含Ba2+，同時(shí)生成氣體A，說明溶液中含有還原性離子，一定為Fe2+離子，強(qiáng)酸性條件下一定不含 NO-3 離子，故A為NO、D為 NO2、E為HNO3；

溶液B中加入過量NaOH溶液，生成氣體F，則F為NH3，說明溶液中含有 NH+4 ，得到沉淀G為Fe（OH）3，氣體F與溶液E反應(yīng)生成 I 為 NH4NO3，G與過量鹽酸反應(yīng)得到溶液J，則J中含有FeCl3、HCl，溶液H中通入過量CO2氣體，生成沉淀K，則K為Al（OH）3、H為NaAlO2、L為NaHCO3，說明溶液中含有Al3+離子.

因此，原溶液一定含有Fe2+、Al3+、NH+4、SO2-4，一定沒有Ba2+、CO2-3、NO-3、SiO2-3、SO2-3，由進(jìn)出性原則，不能確定是否含有Fe3+和Cl-.

（1）由分析可知，可判斷溶液X中除 H+ 外肯定存在的離子有Fe2+、Al3+、NH+4、SO2-4，不能確定的陰離子是Cl；

（2）轉(zhuǎn)化①生成氣體A的離子方程式為3Fe2++4H++NO-33Fe3++NO+2H2O，轉(zhuǎn)化⑦的離子方程式為AlO-2+CO2+2H2OAl（OH）3↓+HCO-3；

（3）若轉(zhuǎn)化③中，NO2、H2O、O2三種物質(zhì)恰好發(fā)生化合反應(yīng)生成HNO3，反應(yīng)方程式為4NO2+O2+2H2O4HNO3，則反應(yīng)中NO2與O2 的物質(zhì)的量之比為4∶1；

若氧氣過量，則剩余2ml無色氣體為氧氣，設(shè)參加反應(yīng)的氧氣的體積為x，則有

4NO2+O2+2H2O4HNO3

4xx

4x+x=12 mL-2 mL=10 mL

解得x=2 mL，所以氧氣的體積為

2 mL+2 mL=4 mL，

若NO2過量，則剩余2 mL無色氣體為NO，設(shè)氧氣的體積為y，則

4NO2+O2+2H2O4HNO3

4yy

3NO2+H2O2HNO3+NO

31

（12mL-y-4y）2mL

3∶1=（12 mL-y-4y）∶2 mL

解得y=1.2 mL；

（4）若NO、NH3、Al（OH）3均為0.01 mol，10 mL X溶液中n（H+）=0.04 mol，根據(jù)反應(yīng)3Fe2++NO-3+4H+3Fe3++NO↑+2H2O，可知n（Fe2+）=0.03 mol，由原子守恒可知n（NH+4）=0.01 mol，n（Al3+）=0.01 mol，且不能確定含有的離子只有一種，當(dāng)Fe3+離子不能確定時(shí)，n（H+）+2n（Fe2+）+3n（Al3+）+n（NH+4）=0.14 mol>2n（SO2-4），解得n（SO2-4）<0.07 mol，即n（BaSO4）<0.07 mol，當(dāng)Cl-不能確定時(shí)，n（H+）+2n（Fe2+）+3n（Al3+）+n（NH+4）=0.14 mol<2n（SO2-4），解得n（SO2-4）>0.07 mol，即n（BaSO4）>0.07 mol，故答案為：Fe3+（或Cl-）；小于0.07 mol（或大于0.07 mol）.

本題作為一道具有一定難度的離子推斷題目，旨在考查學(xué)生是否能夠緊密圍繞反應(yīng)現(xiàn)象，推斷出離子存在的可能性，并且要求學(xué)生熟練掌握元素化合物知識(shí).重點(diǎn)考查了互斥性原則和進(jìn)出性原則的應(yīng)用.

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，四個(gè)離子推斷原則是高中化學(xué)教學(xué)中解決離子推斷題的重要方法.肯定性原則、互斥性原則、電中性原則和進(jìn)出性原則相互關(guān)聯(lián)，相互補(bǔ)充，為學(xué)生提供了一套完整的離子推斷思路.通過運(yùn)用這些原則，學(xué)生能夠更加準(zhǔn)確地判斷離子的存在與否，避免盲目猜測(cè)，提高解題效率和準(zhǔn)確率.同時(shí)，這四個(gè)原則也有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)觀察能力，為后續(xù)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).因此，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)重視這四個(gè)原則的傳授和運(yùn)用，幫助學(xué)生更好地掌握離子推斷的方法和技巧，為化學(xué)學(xué)習(xí)之路鋪設(shè)堅(jiān)實(shí)的基石[3].

參考文獻(xiàn)：

［1］

羅澤律.高中化學(xué)不同推斷題題型的破解思路分析 [J].高考，2021（28）：151-152.

[2]余玲敏.高中化學(xué)推斷題型及其教學(xué)策略探究 [J].數(shù)理化解題研究，2020（12）： 66-67.

[3]魏玉萍.高中化學(xué)離子的存在與檢測(cè)推斷題解題研究 [J].中學(xué)生理科應(yīng)試，2016（03）： 37-38.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］