常见沉淀与气体生成

在复分解反应中，能让反应顺利发生的“推动力”有三种：生成沉淀、生成气体、生成水。前面已经学习了复分解反应的规律，现在把目光聚焦在前两种情形上——哪些物质相遇会生成沉淀？哪些反应会产生气体？这些沉淀和气体分别有什么颜色、什么气味？掌握了这些，不仅能判断反应能否发生，还能设计实验、鉴别未知物质。

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沉淀是怎么生成的

把两瓶无色透明的溶液混合在一起，混合后突然出现白色浑浊——这是溶液中发生了什么？原来，两种溶液中的离子在混合后“重新组合”，形成了难溶于水的新物质，这种从溶液中析出的固体就叫做沉淀。

沉淀能否生成，取决于两种离子结合后形成的物质是否难溶于水。只要查一查溶解性，就能预判结果。下面这张表格整理了最常见的沉淀，记住这张表，是判断反应结果的基本功。

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白色沉淀的生成与鉴别

白色沉淀在实验中最为常见，但白色沉淀并不只有一种，需要进一步区分。

• 硫酸钡（$\text{BaSO}_4$）的生成

向含有 $\text{SO}_4^{2-}$ 的溶液中加入 $\text{BaCl}_2$ 溶液，立刻产生白色沉淀：

$$\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$$

这个白色沉淀加入稀盐酸后不溶解，这是 $\text{BaSO}_4$ 区别于其他白色沉淀的关键特征。

• 氯化银（$\text{AgCl}$）的生成

向含有 $\text{Cl}^-$ 的溶液中加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀：

$$\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl}\downarrow + \text{NaNO}_3$$

$\text{AgCl}$ 同样不溶于稀硝酸。生活中的食盐水中含有 $\text{Cl}^-$，加几滴 $\text{AgNO}_3$ 溶液后，白色浑浊立刻出现，这正是食盐水的“身份验证”。

• 碳酸钙（$\text{CaCO}_3$）的生成

向含有 $\text{Ca}^{2+}$ 的溶液中加入 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶液，产生白色沉淀：

$$\text{CaCl}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + 2\text{NaCl}$$

与 $\text{BaSO}_4$ 不同，$\text{CaCO}_3$ 加入稀盐酸后会溶解并产生气泡：

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$

这一区别是鉴别白色沉淀时最重要的判断依据。

例题 1

向某白色沉淀中加入足量稀盐酸，沉淀完全溶解并有气泡产生。请判断该沉淀可能是哪种物质。

解析：

加入稀盐酸后溶解且产生气泡，说明沉淀能与盐酸反应并生成气体。$\text{BaSO}_4$ 和 $\text{AgCl}$ 不溶于酸，排除；$\text{Mg(OH)}_2$ 溶于酸但无气泡，排除；$\text{CaCO}_3$ 或 $\text{BaCO}_3$ 与盐酸反应会产生 $\text{CO}_2$ 气泡，符合。

答： 该沉淀可能是 $\text{CaCO}_3$ 或 $\text{BaCO}_3$。

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有颜色的沉淀

白色以外，某些沉淀颜色鲜明，在实验中辨认起来更为直观。

• 氢氧化铜（蓝色）

向蓝色的 $\text{CuSO}_4$ 溶液中滴入 $\text{NaOH}$ 溶液，蓝色絮状沉淀迅速出现：

$$\text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$$

$\text{Cu(OH)}_2$ 呈蓝色，加热后会分解变成黑色的 $\text{CuO}$：

$$\text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CuO} + \text{H}_2\text{O}$$

• 氢氧化铁（红褐色）

向棕黄色的 $\text{FeCl}_3$ 溶液中加入 $\text{NaOH}$ 溶液，产生红褐色沉淀：

$$\text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl}$$

红褐色是 $\text{Fe(OH)}_3$ 最明显的标志，在实际检验 $\text{Fe}^{3+}$ 时，这个颜色反应是最直观的证据。

例题 2

现有一瓶未知溶液，向其中加入 $\text{NaOH}$ 溶液后，出现蓝色沉淀。

（1）该溶液中含有什么离子？

（2）写出反应的化学方程式。

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反应中产生的气体

除沉淀之外，气体也是复分解反应的重要“产物信号”。常见的生成气体有三种：$\text{CO}_2$、$\text{NH}_3$ 和 $\text{SO}_2$。每种气体都有独特的检验方法。

二氧化碳（$\text{CO}_2$）的生成

$\text{CO}_2$ 是最常见的反应气体之一，凡是碳酸盐或碳酸氢盐与酸相遇，几乎都会产生 $\text{CO}_2$。

• 碳酸钙与盐酸：

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$

• 碳酸钠与盐酸：

$$\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$

• 碳酸氢钠与盐酸（反应更为剧烈）：

$$\text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$

日常生活中，在馒头或蛋糕中加入小苏打（$\text{NaHCO}_3$），加热后分解产生 $\text{CO}_2$，气体让面团膨胀松软，这是烘焙中“发泡”的化学原理。

• 检验 $\text{CO}_2$ 的方法：

将产生的气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则证明该气体为 $\text{CO}_2$：

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

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氨气（$\text{NH}_3$）的生成

$\text{NH}_3$ 是另一种在实验中常见的气体，由铵盐与碱在加热条件下反应产生：

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \xrightarrow{\Delta} \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{NH}_3\uparrow$$ $$(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{NH}_3\uparrow$$

$\text{NH}_3$ 是一种有刺激性气味的气体，颜色为无色，但嗅到后会有明显的刺鼻感。工厂附近或农业施肥区有时能闻到刺鼻气味，部分来源就是含铵盐的物质分解产生的 $\text{NH}_3$。

检验 $\text{NH}_3$ 的方法：

将湿润的红色石蕊试纸靠近产生气体的容器口，若试纸由红色变为蓝色，则证明气体为 $\text{NH}_3$（$\text{NH}_3$ 溶于水后显碱性）：

$$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3\cdot\text{H}_2\text{O}$$

这也是实验室检验铵盐的标准操作：取少量样品与 $\text{NaOH}$ 溶液混合加热，将湿润红色石蕊试纸靠近管口，若变蓝，则样品中含有 $\text{NH}_4^+$。

例题 3

实验室用 $\text{NH}_4\text{Cl}$ 固体和 $\text{Ca(OH)}_2$ 混合加热来制备 $\text{NH}_3$。

（1）写出反应的化学方程式；

（2）如何用实验检验产生的气体是 $\text{NH}_3$？

解析：

（1）$\text{NH}_4\text{Cl}$ 是铵盐，$\text{Ca(OH)}_2$ 是碱，铵盐与碱加热反应生成盐、水和 $\text{NH}_3$：

$$2\text{NH}_4\text{Cl} + \text{Ca(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CaCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{NH}_3\uparrow$$

（2）将湿润的红色石蕊试纸置于试管口处，若试纸由红色变为蓝色，则证明产生的气体是 $\text{NH}_3$。

答： 方程式见上方。检验方法：湿润红色石蕊试纸变蓝，即为 $\text{NH}_3$。

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综合鉴别：沉淀与气体一起出现

实际实验中，往往需要综合判断——观察是否有沉淀、是否有气体，以及沉淀或气体的颜色和性质，才能得出完整结论。

例题 4

向一瓶无色溶液中依次进行以下操作，记录现象：

第一步：加入足量稀盐酸，无明显现象；

第二步：再加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀，且该沉淀不溶于稀硝酸。

根据上述现象，判断溶液中含有哪种阴离子，并写出相关化学方程式。

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常见离子的鉴别方法汇总

掌握以下鉴别方法，是解决离子检验类题目的核心工具。

例题 5

某无色溶液可能含有 $\text{Na}^+$、$\text{Cu}^{2+}$、$\text{Cl}^-$、$\text{SO}_4^{2-}$、$\text{CO}_3^{2-}$ 中的一种或几种。进行如下实验：

第一步：向溶液中加入过量稀盐酸，无沉淀，无气泡产生；

第二步：取第一步所得溶液，加入足量 $\text{BaCl}_2$ 溶液，产生白色沉淀；

第三步：取第一步所得溶液，加入 $\text{AgNO}_3$ 溶液，产生白色沉淀且不溶于稀硝酸。

根据以上实验现象，判断溶液中一定含有哪些离子，一定不含哪些离子。

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练习题

选择题

第1题【知识点：常见沉淀的颜色判断】

向 $\text{FeCl}_3$ 溶液中加入足量 $\text{NaOH}$ 溶液，生成的沉淀颜色为（ ）

A. 白色　　B. 蓝色　　C. 红褐色　　D. 黄色

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答案：C

$\text{FeCl}_3$ 中含有 $\text{Fe}^{3+}$，$\text{Fe}^{3+}$ 与 $\text{OH}^-$ 结合生成 $\text{Fe(OH)}_3$，$\text{Fe(OH)}_3$ 呈红褐色絮状沉淀。反应方程式为：

$$\text{FeCl}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaCl}$$

蓝色沉淀是 $\text{Cu(OH)}_2$，白色沉淀有多种（如 $\text{BaSO}_4$、$\text{Mg(OH)}_2$ 等），黄色沉淀在此不涉及。选 C。

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第2题【知识点：$\text{CO}_2$ 的检验】

检验某气体是 $\text{CO}_2$ 的正确方法是（ ）

A. 将气体通入紫色石蕊溶液，若变红则是 $\text{CO}_2$

B. 将气体通入澄清石灰水，若变浑浊则是 $\text{CO}_2$

C. 将气体通入品红溶液，若褪色则是 $\text{CO}_2$

D. 用湿润红色石蕊试纸检验，若变蓝则是 $\text{CO}_2$

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答案：B

检验 $\text{CO}_2$ 的标准方法是通入澄清石灰水，$\text{CO}_2$ 与 $\text{Ca(OH)}_2$ 反应生成 $\text{CaCO}_3$ 白色沉淀，使石灰水变浑浊：

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

A 选项中，$\text{SO}_2$ 也能使紫色石蕊变红，不专一；C 是检验 $\text{SO}_2$ 的方法；D 是检验 $\text{NH}_3$ 的方法（$\text{NH}_3$ 显碱性使红色石蕊变蓝）。选 B。

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第3题【知识点：鉴别 $\text{SO}_4^{2-}$ 的操作步骤】

检验溶液中是否含有 $\text{SO}_4^{2-}$，正确的操作步骤是（ ）

A. 直接加入 $\text{BaCl}_2$ 溶液，观察是否产生白色沉淀

B. 先加足量稀盐酸，再加 $\text{BaCl}_2$ 溶液，观察是否产生白色沉淀

C. 先加 $\text{AgNO}_3$ 溶液，再加稀盐酸

D. 先加 $\text{NaOH}$ 溶液，再加 $\text{BaCl}_2$ 溶液

显示答案

答案：B

检验 $\text{SO}_4^{2-}$ 时，必须先用足量稀盐酸酸化溶液，将可能存在的 $\text{CO}_3^{2-}$、$\text{SO}_3^{2-}$ 等排除（它们也会与 $\text{Ba}^{2+}$ 生成白色沉淀），再加 $\text{BaCl}_2$ 溶液。若此时产生白色沉淀，且不溶于稀盐酸，则该沉淀为 $\text{BaSO}_4$，证明含 $\text{SO}_4^{2-}$。A 没有排除干扰，不严谨；C 和 D 步骤有误。选 B。

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第4题【知识点：铵盐的检验】

下列关于铵盐的检验，说法正确的是（ ）

A. 铵盐加热后有气泡产生，即可证明含有 $\text{NH}_4^+$

B. 将铵盐溶于水后加入石蕊溶液，溶液变红即可证明含 $\text{NH}_4^+$

C. 将铵盐与 $\text{NaOH}$ 溶液混合加热，产生的气体使湿润红色石蕊试纸变蓝，可证明含 $\text{NH}_4^+$

D. 铵盐与盐酸反应有气泡，即可证明含 $\text{NH}_4^+$

显示答案

答案：C

铵盐与 $\text{NaOH}$ 加热反应产生 $\text{NH}_3$，$\text{NH}_3$ 是碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，这是检验 $\text{NH}_4^+$ 的专一方法。A 选项中加热产生气体的原因很多（如碳酸盐分解产生 $\text{CO}_2$），不具专一性；B 选项中 $\text{NH}_4^+$ 溶液显微弱酸性，会使石蕊变红，但酸性溶液也会变红，不能判定是铵盐；D 与盐酸反应有气泡不能说明含 $\text{NH}_4^+$。选 C。

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计算题

第5题【知识点：沉淀生成的质量计算】

向含有 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的溶液中加入足量 $\text{BaCl}_2$ 溶液，完全反应后生成 $23.3\text{ g}$ 白色沉淀 $\text{BaSO}_4$。

$$\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4\downarrow + 2\text{NaCl}$$

（1）计算参与反应的 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的质量；

（2）计算消耗 $\text{BaCl}_2$ 的质量。

（相对原子质量：Na = 23，S = 32，O = 16，Ba = 137，Cl = 35.5）

显示答案

解题过程：

各物质相对分子质量：

$$M(\text{BaSO}_4) = 137 + 32 + 16 \times 4 = 233$$$$M(\text{Na}_2\text{SO}_4) = 23 \times 2 + 32 + 16 \times 4 = 142$$$$M(\text{BaCl}_2) = 137 + 35.5 \times 2 = 208$$

设 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的质量为 $x$，$\text{BaCl}_2$ 的质量为 $y$。

根据化学方程式中的质量比：

$$\frac{x}{142} = \frac{y}{208} = \frac{23.3\text{ g}}{233}$$

（1）计算 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 的质量：

$$x = \frac{23.3\text{ g} \times 142}{233} = 14.2\text{ g}$$

（2）计算 $\text{BaCl}_2$ 的质量：

$$y = \frac{23.3\text{ g} \times 208}{233} = 20.8\text{ g}$$

答： 参与反应的 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 质量为 14.2 g，消耗 $\text{BaCl}_2$ 的质量为 20.8 g。

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第6题【知识点：碳酸盐与酸反应生成气体的计算】

向含有 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 和 $\text{NaCl}$ 的混合固体中，加入足量稀盐酸，充分反应后产生 $4.4\text{ g}$ 的 $\text{CO}_2$ 气体。

$$\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$$

（1）计算参与反应的 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的质量；

（2）若混合固体共 $16.5\text{ g}$，计算其中 $\text{NaCl}$ 的质量。

（相对原子质量：Na = 23，C = 12，O = 16，H = 1，Cl = 35.5）

显示答案

解题过程：

各物质相对分子质量：

$$M(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 23 \times 2 + 12 + 16 \times 3 = 106$$$$M(\text{CO}_2) = 12 + 16 \times 2 = 44$$

设参与反应的 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 质量为 $x$。

根据化学方程式的质量比：

$$\frac{x}{106} = \frac{4.4\text{ g}}{44}$$

（1）计算 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的质量：

$$x = \frac{4.4\text{ g} \times 106}{44} = 10.6\text{ g}$$

（2）计算 $\text{NaCl}$ 的质量：

$$m(\text{NaCl}) = 16.5\text{ g} - 10.6\text{ g} = 5.9\text{ g}$$

答： 参与反应的 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 质量为 10.6 g，混合固体中 $\text{NaCl}$ 的质量为 5.9 g。