物质的检验与鉴别

厨房里，一碗白糖和一碗食盐摆在一起，外观几乎一模一样。生活中我们用舌头一尝就能区分，但在化学实验室里，尝是被严格禁止的。那怎么判断一种物质究竟是什么？答案是：让它发生特征反应，通过观察现象来“认出”它。这就是检验与鉴别的核心思想——用化学的方法，给物质“验明正身”。

检验与鉴别是两个相关却略有不同的概念。检验是判断某种物质中是否含有特定成分；鉴别是从若干已知物质中，通过实验找出各自对应的身份。两者都依赖特征反应，只是出发点不同。

检验与鉴别的基本思路

选择检验方案，首先要找到目标物质的“特征反应”——这个反应产生的现象，只属于该物质，不会被其他常见物质干扰。

检验时，通常先用“初步试剂”确认有无可疑现象，再用“验证步骤”排除其他可能，最终得出结论。这个“初步试剂 + 排除干扰”的思路，贯穿所有检验操作。

常见离子的检验

溶液中的离子看不见、摸不着，却可以通过加入特定试剂，让它们“现身”——以沉淀、气体或颜色变化的方式被观察到。

氯离子（$\text{Cl}^-$）的检验

向待测溶液中加入几滴硝酸银溶液（$\text{AgNO}_3$），若出现白色沉淀，再加入足量稀硝酸，沉淀不溶解，则证明溶液中含有 $\text{Cl}^-$。

$\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl} \downarrow$

生成的 $\text{AgCl}$ 是白色固体，既不溶于水，也不溶于稀硝酸。加入稀硝酸的目的，是为了排除 $\text{Ag}_2\text{CO}_3$（白色，可溶于酸）、$\text{Ag}_3\text{PO}_4$（黄色，可溶于酸）等沉淀的干扰，只有 加稀硝酸后沉淀不消失。

例题 1

向某无色溶液中加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀；再加入足量稀硝酸，沉淀不溶解。请判断该溶液中是否含有 $\text{Cl}^-$，并解释判断依据。

解析：加入 $\text{AgNO}_3$ 后产生白色沉淀，排除了溶液中无银离子沉淀物的可能；加入稀硝酸后沉淀不溶解，说明沉淀不是 $\text{Ag}_2\text{CO}_3$ 或其他能溶于酸的银盐，确认为 $\text{AgCl}$，因此溶液中含有 。

答：溶液中含有 $\text{Cl}^-$。依据是：$\text{AgCl}$ 白色沉淀不溶于稀硝酸，这是 $\text{Cl}^-$ 的特征证明。

硫酸根离子（$\text{SO}_4^{2-}$）的检验

向待测溶液中加入氯化钡溶液（$\text{BaCl}_2$），若产生白色沉淀，再加入足量稀盐酸，沉淀不溶解，则证明含有 $\text{SO}_4^{2-}$。

$\text{Ba}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{BaSO}_4 \downarrow$

$\text{BaSO}_4$ 是白色沉淀，不溶于水，也不溶于稀盐酸。加酸的作用是排除 $\text{BaCO}_3$（白色，可溶于盐酸）、$\text{BaSO}_3$（白色，可溶于盐酸）等的干扰。

碳酸根离子（$\text{CO}_3^{2-}$）的检验

向待测溶液中加入足量稀盐酸，若产生大量气泡，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，则证明含有 $\text{CO}_3^{2-}$（或 $\text{HCO}_3^-$）。

$\text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow$

$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O}$

铵离子（$\text{NH}_4^+$）的检验

向待测溶液中加入浓氢氧化钠溶液，加热，将产生的气体靠近湿润的红色石蕊试纸——若试纸变蓝，证明气体为 $\text{NH}_3$，溶液中含有 $\text{NH}_4^+$。

$\text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \xrightarrow{\Delta} \text{NH}_3 \uparrow + \text{H}_2\text{O}$

$\text{NH}_3$ 是碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。加热是为了促进反应，使 $\text{NH}_3$ 充分逸出。

下表汇总了四种离子的检验方法，便于对比记忆：

例题 2

某工厂废水可能含有 $\text{Cl}^-$、$\text{SO}_4^{2-}$、$\text{CO}_3^{2-}$ 三种离子中的一种或几种。现取少量废水进行检验：

第一步，加入足量稀盐酸，有大量气泡，将气体通入石灰水，石灰水变浑浊；

第二步，向第一步处理后的溶液中加入 $\text{BaCl}_2$ 溶液，产生白色沉淀，加稀盐酸后沉淀不溶解；

第三步，向第一步处理后的溶液中加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀。

废水中一定含有哪些离子？$\text{Cl}^-$ 能否确定存在？

解析：

第一步有气泡且石灰水变浑浊，说明废水中含有 $\text{CO}_3^{2-}$（与盐酸反应产生 $\text{CO}_2$）。

第二步生成不溶于稀盐酸的白色沉淀，为 $\text{BaSO}_4$，说明废水中含有 $\text{SO}_4^{2-}$。

第三步加 $\text{AgNO}_3$ 产生白色沉淀，但注意：第一步已经加入了大量稀盐酸，盐酸中的 $\text{Cl}^-$ 大量引入溶液，因此第三步检测到的 $\text{Cl}^-$ 可能来自盐酸，而非废水本身。

答：废水中一定含有 $\text{CO}_3^{2-}$ 和 $\text{SO}_4^{2-}$；$\text{Cl}^-$ 是否存在无法确定，因为第一步操作引入了大量盐酸中的 ，干扰了检验结果。

常见气体的检验

气体检验的核心，是找到每种气体的“专属反应”，让它的存在以可观察的方式被证明。

二氧化碳（$\text{CO}_2$）的检验

$\text{CO}_2$ 能与石灰水（氢氧化钙溶液）反应生成 $\text{CaCO}_3$ 白色沉淀，使石灰水从澄清变浑浊：

$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O}$

这是 $\text{CO}_2$ 最经典的检验方法。但需要注意，$\text{SO}_2$ 也能使石灰水变浑浊（生成 $\text{CaSO}_3$），若要确认是 $\text{CO}_2$ 而非 ，还需追加品红溶液等进一步区分（基础阶段了解即可）。

一氧化碳（$\text{CO}$）的检验

$\text{CO}$ 本身无色无味，无法直接观察，需要借助“间接检验”：先让 $\text{CO}$ 通过灼热的 $\text{CuO}$，$\text{CO}$ 将 $\text{CuO}$ 还原为 $\text{Cu}$，颜色从黑色变为红色；同时生成的 $\text{CO}_2$ 再通入石灰水，石灰水变浑浊，双重验证：

$\text{CO} + \text{CuO} \xrightarrow{\text{高温}} \text{Cu} + \text{CO}_2$

$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O}$

例题 3

实验室有一瓶气体，可能是纯 $\text{CO}_2$、纯 $\text{CO}$，或两者的混合气体。请设计实验方案，判断该气体的成分，写出操作步骤和判断结论。

解析：

若第一步石灰水变浑浊、第三步 $\text{CuO}$ 变红，则为 $\text{CO}_2$ 和 $\text{CO}$ 的混合气体；若只有第一步现象，则为纯 $\text{CO}_2$；若只有第三步现象，则为纯 $\text{CO}$。

溶液酸碱性的检验

判断溶液是酸性、碱性还是中性，最常用的工具是酸碱指示剂和 pH 试纸。

石蕊能区分酸性、中性、碱性三种情况；酚酞只能区分“碱性”和“非碱性”，无法区分酸性和中性。因此当需要将酸性和中性同时区分时，应选择石蕊而非酚酞。

例题 4

向某无色溶液中加入酚酞溶液，溶液不变色；再取少量溶液，加入石蕊溶液，颜色变红。请判断该溶液的酸碱性，并解释两种指示剂的现象。

解析：酚酞不变色，说明溶液不是碱性（碱性溶液会使酚酞变红）；石蕊变红，说明溶液显酸性（酸性溶液使石蕊由紫变红）。两种结果一致，均指向酸性。

答：该溶液显酸性。酚酞在酸性溶液中无色，所以不变色；石蕊在酸性溶液中变红，两者结论一致，可以确认溶液呈酸性。

几组物质的鉴别方法

鉴别物质时，要为每种物质找到与其他物质“不同的特征现象”，保证每种物质的反应结果互不相同，才能实现有效鉴别。

鉴别三种白色固体：$\text{NaCl}$、$\text{Na}_2\text{CO}_3$、$\text{CaCO}_3$

$\text{CaCO}_3$ 不溶于水，第一步即可区分。$\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶液显碱性（使酚酞变红），$\text{NaCl}$ 溶液为中性（酚酞不变色），第三步完成区分。

例题 5

有三瓶无标签的无色溶液，分别是稀盐酸（$\text{HCl}$）、$\text{NaOH}$ 溶液和 $\text{NaCl}$ 溶液。只用一种试剂，一次将三者全部鉴别出来，请说明使用的试剂及鉴别依据。

解析：

选用石蕊溶液作为试剂，向三瓶溶液中各滴入几滴：

三瓶溶液的颜色变化各不相同，一次操作即可完全鉴别。

答：使用石蕊溶液。稀盐酸使石蕊变红，$\text{NaOH}$ 溶液使石蕊变蓝，$\text{NaCl}$ 溶液不使石蕊改变颜色，三者现象唯一且互不相同，可以一次鉴别。

练习题

选择题

第 1 题“知识点：氯离子检验”

检验溶液中是否含有 $\text{Cl}^-$，下列操作正确的是：

A. 加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀，即可证明含有 $\text{Cl}^-$

B. 加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀，再加稀盐酸，沉淀不溶解，证明含有 $\text{Cl}^-$

C. 加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀，再加稀硝酸，沉淀不溶解，证明含有 $\text{Cl}^-$

D. 加入 $\text{BaCl}_2$ 溶液，产生白色沉淀，证明含有 $\text{Cl}^-$

第 2 题“知识点：气体检验方法”

下列检验气体的操作，正确的是：

A. 将带火星的木条伸入气体中，木条重新燃烧，证明是 $\text{CO}_2$

B. 将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明是 $\text{O}_2$

C. 将气体点燃后，用干冷烧杯罩住火焰，烧杯内壁出现水雾，证明含有 $\text{H}_2$

D. 用湿润的红色石蕊试纸检验气体，试纸变蓝，证明是 $\text{CO}$

第 3 题“知识点：碳酸根与碳酸氢根离子的区分”

向某溶液中加入足量稀盐酸，有大量气泡产生，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。则该溶液中一定含有：

A. $\text{CO}_3^{2-}$

B. $\text{HCO}_3^-$

C. $\text{CO}_3^{2-}$ 或 $\text{HCO}_3^-$（至少含其中之一）

D. $\text{CO}_2$

第 4 题“知识点：物质鉴别试剂的选择”

有三瓶无标签的无色溶液，分别是稀盐酸（$\text{HCl}$）、$\text{NaOH}$ 溶液和 $\text{NaCl}$ 溶液。下列试剂中，能一次将三者全部鉴别出来的是：

A. 酚酞溶液

B. 石蕊溶液

C. $\text{AgNO}_3$ 溶液

D. 稀盐酸

计算题

第 5 题“知识点：气体检验与化学计量”

向含有 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的溶液中加入足量稀盐酸，产生的 $\text{CO}_2$ 全部通入澄清石灰水，最终生成 $\text{CaCO}_3$ 白色沉淀 。求原溶液中 的质量。

（相对分子质量：$\text{Na}_2\text{CO}_3 = 106$，$\text{CaCO}_3 = 100$）

第 6 题“知识点：硫酸根离子检验的计算”

向含有 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的某溶液中加入过量 $\text{BaCl}_2$ 溶液，充分反应后过滤，将所得 $\text{BaSO}_4$ 白色沉淀干燥后称量，质量为 。求原溶液中 的质量。

（相对分子质量：$\text{Na}_2\text{SO}_4 = 142$，$\text{BaSO}_4 = 233$）

$\text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow$

$\text{HCO}_3^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow$

因此只能得出“含有 $\text{CO}_3^{2-}$ 或 $\text{HCO}_3^-$ 至少之一”的结论（C 正确），无法单独确认是 A 或 B。

石蕊溶液能使酸性溶液变红、碱性溶液变蓝、中性溶液不变色，三种颜色变化唯一对应，B 正确。

$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{H}_2\text{O}$

第一步：由 $\text{CaCO}_3$ 求 $\text{CO}_2$ 的物质的量

由第二个方程式，$n(\text{CO}_2) = n(\text{CaCO}_3)$：

$n(\text{CaCO}_3) = \frac{5\text{ g}}{100\text{ g/mol}} = 0.05\text{ mol}$

$n(\text{CO}_2) = 0.05\text{ mol}$

第二步：由 $\text{CO}_2$ 求 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的质量

由第一个方程式，$n(\text{Na}_2\text{CO}_3) = n(\text{CO}_2) = 0.05\text{ mol}$：

$m(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0.05\text{ mol} \times 106\text{ g/mol} = 5.3\text{ g}$

答：原溶液中 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的质量为 $5.3\text{ g}$。

第一步：求 $\text{BaSO}_4$ 的物质的量

$n(\text{BaSO}_4) = \frac{23.3\text{ g}}{233\text{ g/mol}} = 0.1\text{ mol}$

第二步：由方程式比例关系求 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的量

由方程式，$\text{Na}_2\text{SO}_4$ 与 $\text{BaSO}_4$ 的物质的量之比为 $1:1$，因此：

$n(\text{Na}_2\text{SO}_4) = n(\text{BaSO}_4) = 0.1\text{ mol}$

第三步：求质量

$m(\text{Na}_2\text{SO}_4) = 0.1\text{ mol} \times 142\text{ g/mol} = 14.2\text{ g}$

答：原溶液中 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的质量为 $14.2\text{ g}$。