硫酸根离子检验方法的讨论

【摘要】检验SO42-离子通常使用酸试剂和钡试剂，依据有无BaSO4白色沉淀产生作出判断。向待测液加入不同的酸试剂和钡试剂，对检验SO42-离子的效果会产生不同的影响；用稀盐酸和氯化钡溶液的常规检验方法对待测混合液的检验尚存在漏洞。检验SO42-离子的既简便可行、又科学严谨的做法，应根据待检液的酸碱性及其可能含有的不同干扰离子，选用适当的酸试剂和钡试剂，按照合理的操作顺序进行之。

【关键词】SO42-离子；待检液；酸试剂；钡试剂；白色沉淀；干扰；检验方法

硫酸根离子的检验是藉化学实验培养学生思辨能力的重要素材。根据硫酸钡难溶于水且难溶于酸的特性，实验室检验某溶液是否存在硫酸根离子，通常使用酸试剂和钡试剂依次与待检液混合，观察后来溶液是否有白色沉淀产生的现象，从而判断待检液是否存在硫酸根离子。新课改人教版高一化学教科书中指出：“在溶液中离解能产生SO42-的化合物与BaCl2溶液反应，生成不溶于稀盐酸的白色BaSO4（硫酸钡）沉淀。利用这一反应可以检验硫酸和可溶性硫酸盐”[1] ；原统编高一化学教科书中具体阐述“硫酸根离子的检验”方法是：“先用盐酸把溶液酸化，以排除CO32-等可能造成的干扰。再加入BaCl2溶液，如果有白色沉淀出现，则说明原溶液中有SO42-存在”。不难理解，利用化学方法检验硫酸根离子的第一步：将待检液加入盐酸酸化，可以排除可能含有的CO32-、SO32-、PO43-或HPO42-、C2O42-、SiO32-、Ag+等离子的干扰。因为CO32-+2H+=CO2↑+H2O、SO32-+2H+=SO2↑+ H2O、PO43-+ 3H+=H3PO4、HPO42-+2H+= H3PO4(H3PO4和BaCl2在溶液中不反应)、C2O42-+2H+=H2C2O4(H2C2O4和BaCl2在溶液中不反应)、SiO32-+2H+= H2SiO3↓、Ag++Cl-=AgCl↓。第二步：向第一步所得溶液中滴加BaCl2溶液，若有(或无)白色沉淀产生，即有(或无)BaSO4生成，则可判断待检液是否含有SO42-离子。注意，这里的第一步若产生沉淀，应静置后取上层清液再做第二步。这便是检验SO42-离子在溶液中是否存在的常规方法。

由检验硫酸根离子的化学原理可以看出，其所用的试剂分为酸试剂和钡试剂两类。酸试剂除稀盐酸外是否可为稀硝酸等非硫酸的酸溶液？钡试剂除BaCl2外可否为Ba(NO3)2或Ba(OH)2等可溶性钡的化合物溶液？对这样的问题不能简单地作出结论。不过，对前一问题可以肯定回答的是不便用醋酸等非强酸溶液，否则不能排除C2O42-及SO32-等离子干扰。因为H2C2O4

的Ka1=5.9×10-2、 Ka2=6.4×10-5；H2SO3的Ka1=1.3×10-2、Ka2=6.3×10-8；CH3COOH 的Ka=1.8×10-5, 即HC2O4 –的电离程度比CH3COOH 的大；Ba(HSO3)2由于离子极化的原因通常不能存在。对后一问题可以肯定回答的是不便用(CH3COO)2Ba、BaI2等可溶性钡盐溶液，因为(CH3COO)2Ba、BaI2等不是实验室常备试剂。还可以肯定回答的是，两类试剂的配伍使用中，以常规方法的稀盐酸和BaCl2溶液的组合较好。因为这样可以最大限度地排除较多干扰离子，且试剂均为实验室易得的。至于能否使用稀HNO3和Ba(NO3)2或Ba(OH)2的溶液等有关问题，则应根据待检液可能存在的干扰离子的不同情况作具体分析，方可做出结论。

1.如果第一步不用稀盐酸而用稀硝酸，则不能排除可能含有SO32-、HSO3-和Ag+等离子的干扰。因为SO32-或HSO3-的离子可被氧化成SO42-离子，且第二步用BaCl2溶液若产生白色沉淀也可能是AgCl。可见这样的试剂配伍只能在确知待检液不含SO32-或HSO3-和Ag+等离子的前提下才能使用。而在此前提下，第二步用将BaCl2溶液改为Ba(NO3)2溶液更为妥当，以免可能的Ag+离子干扰。

2.如果第一步用稀盐酸酸化，第二步不用BaCl2溶液而用Ba(OH)2溶液，则不能排除PO43-或HPO42-、C2O42-和Mg2+等离子的干扰。因为第一步处理后的溶液中，可能含H3PO4、H2C2O4等，它们在第二步与Ba(OH)2溶液反应可转化为BaHPO4或Ba3(PO4)2及BaC2O4等白色沉淀，且可能含有的Mg2+离子在第二步可转化为Mg(OH)2白色沉淀，这些情况都不便对BaSO4的生成与否作出判断。

3.如果将常规方法的两种试剂颠倒使用，即先滴加BaCl2溶液而后加足量稀盐酸，则当第一步操作无白色沉淀产生，可判断待检液不含SO42-离子，无需进行第二步操作。当第一步有白色沉淀产生，第二步白色沉淀完全溶解，也可断定待检液不含SO42-离子。若第一步产生的白色沉淀在第二步不溶解或不完全溶解，则无法断断待检液是否存在SO42-离子。因为所得沉淀不一定是BaSO4，也可能是AgCl或Hg2Cl2。可见这种做法只有在确知待检液不含Ag+和Hg22+的离子的前提下才能使用，而在此前提下只需第一步操作即可。

4.如果将两步做法颠倒，且为避免Ag+等离子干扰，用Ba(NO3)2溶液和稀HNO3作试剂，则当第一步滴加Ba(NO3)2溶液时无白色沉淀产生，可直接判断待检液不含SO42-离子，无需进

行第二步操作。当第一步有白色沉淀产生，则不能排除SO32-等离子的干扰。因为BaSO3可被氧化成BaSO4，尽管过程中可能有小气泡（SO2）产生，但难以观察，不便准确判断。可见这种做法只有在确知待检液中不含SO32-等离子的前提下才能使用，而在此前提下也只需第一步操作即可。

5.如果将两步做法颠倒，第一步用Ba(OH)2溶液作试剂，第二步用稀盐酸作试剂，则当第一步无白色沉淀产生时，可直接判断待检液不含SO42-离子，无需第二步操作。但当第一步有白色沉淀产生，且在第二步不能完全溶解，则仍不便排除可能存在Ag+离子的干扰，因为所得沉淀可以是白色AgOH及其转化成的棕色Ag2O，Ag2O的棕色对BaSO4的白色有遮蔽作用，且溶于盐酸即转化为AgCl白色沉淀。可见这种做法只有在确知待检液不含Ag+（或Hg22+）离子的前提下才可使用。若为避免Ag+等离子干扰，而将第二步所用的稀盐酸换成稀HNO3，则又不能排除待检液可能含有的SO32-或HSO3-等离子的干扰。可见先用Ba(OH)2溶液，后加足量稀HNO3的做法，只有在确知待检液不含Ag+和SO32-及HSO3-等离子的前提下才能使用。

6.如果先将两种试剂混合，再与待检液作试验，即用稀盐酸酸化的BaCI2溶液直接加入待检液，则不能排除可能含有的Ag+或SO32-、S2-与NO3-等离子共存时的干扰。此时若无白色沉淀产生，倒也可以判断SO42-离子不存在，但若有白色沉淀产生，则可能是AgCl，也可能是S2-被酸化形成的稀硝酸氧化而析出的S单质（新生态S在溶液中通常呈乳白色，淡黄色与白色难以分辨），且即使是BaSO4，也可能是SO32-离子被氧化成SO42-而造成的。所以这种做法只有在确知待检液不含NO3- 和Ag+等离子的前提下才可以使用。

比较以上各种方法可以看出，原统编高一化学教科书（人教社2003年6月第1版）所阐述的常规方法不失为一般情况下检验溶液中是否含有SO42-离子的最佳方法。它适用于一切未知的纯净溶液或硫酸与硫酸盐的混合溶液中SO42-离子的检验。但是当待检液为混合液且呈碱性，若其中含NO3-和SO32-等离子而不含SO42-离子时，按此常规方法则将导致误判。因为第一步用稀盐酸酸化的过程中，SO32-离子可被氧化为SO42-离子，导致第二步产生BaSO4白色沉淀。可见这种常规方法对未知混合溶液的SO42-离子检验也存在漏洞。考虑到这种特

殊情况，笔者认为，检验未知液（可能为纯净溶液，也可能为混合溶液）是否存在SO42-离子的严谨做法可以是：第一步检测待检液的酸碱性；当其为酸性（不会含SO32-，且HSO3-与NO3-不能共存）时，第二步加入稀盐酸进一步酸化，以排除可能的Ag+、Hg2+等离子干扰；第三步向第二步所得溶液中滴加BaCl2溶液，并观察有无白色沉淀产生，从而作出SO42-离子存在与否的判断。当第一步测得待检液为碱性（可能含SO32-、SiO32-和NO3-的离子，但不会含Ag+等离子）时，第二步滴加适量的稀盐酸，使溶液由碱性变为接近中性（通过再测试溶液的PH来指示），以排除可能含有SiO32-等离子的干扰（2H++SiO32-= H2SiO3↓）；第三步滴加Ba（OH）2或BaCl2的溶液，若不产生白色沉淀，可判断待检液不含SO42-离子；若产生白色沉淀，第四步将所得沉淀加入足量稀盐酸，若沉淀完全溶解，可判断待检液不含SO42-离子；若沉淀不溶解或不能完全溶解，可判断待检液含有SO42-离子。当第一步测得待检液为中性（特殊情况下可能同时含SO32-、HSO3-和NO3-等离子，但不会同时且含Ag+或SiO32-、S2-等离子，因为Ag+与SO32-、HSO3-的离子不共存，SiO32-、S2-的离子都只能存在于碱性溶液）时，第二步应滴加BaCl2溶液或Ba（OH）2溶液，若不产生白色沉淀，可判断待检液不含SO42-离子；若产生白色沉淀，第三步将所得沉淀加入足量稀盐酸，当沉淀完全溶解，可判断待检液不含SO42-离子；当沉淀不溶解或不能完全溶解，可判断待检液含有SO42-离子。实验证明，此做法是科学、可行的。

综上所述，检验未知液是否存在SO42-离子的化学原理虽不复杂，但其实验方法相当讲究。由于待测液的成分往往含不确定离子，检验的影响因素众多，所以必须分析待检液的具体情况，考虑排除各种干扰离子，选择最佳试剂和合理步骤，才能做到既简便易行，又科学严谨。