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3.4 第1课时　离子反应发生的条件
【学习目标】
1.通过实验探究,认识离子反应发生的条件,并能判断离子在水溶液中能否大量共存。
2.能用化学符号表征离子反应,并能对离子方程式进行正误判断。
【自主预习】
一、离子反应
【微点拨】
(1)某些物质在熔融状态时也可以发生离子反应。
(2)离子反应的实质是溶液中某种或某些离子的浓度降低,并不是所有的离子浓度都降低。
二、离子反应发生的条件
1.复分解型离子反应发生的条件
(1)生成沉淀
①生成沉淀:由可溶性电解质之间发生反应生成沉淀,如Ba(OH)2溶液与Na2SO4溶液混合时,其离子方程式为
　 。
②沉淀的转化:由一种难溶电解质溶解生成的离子与其他离子反应生成另一种更难溶电解质,使相应离子浓度降低促进原沉淀继续溶解并转化为新的沉淀。如MgCO3与NaOH溶液反应可生成Mg(OH)2沉淀,其离子方程式为 　 。
(2)生成弱电解质
①生成水:如NaOH溶液与稀硫酸反应,离子方程式为 　。
②生成其他弱电解质
a.强酸生成弱酸
如盐酸与CH3COONa溶液反应的离子方程式为 　。
b.强碱生成弱碱
如NH4Cl溶液与NaOH溶液反应的离子方程式为 　。
c.水解反应
如CH3COONa水解的离子方程式为 　。
(3)生成气体
①Na2CO3溶液与足量盐酸反应,离子方程式为 　。
②浓NH4Cl溶液与浓NaOH溶液共热时的离子方程式为　 。
2.氧化还原反应
(1)非电化学原理的氧化还原反应
向CuSO4溶液中加入锌片:　　　　　　　　　　　　　　　　　;FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)原电池反应
如铜锌原电池的电极反应和电池反应:
负极反应:　 ;
正极反应:　 ;
电池反应:　 。
(3)电解池反应
如氯碱工业中电解饱和食盐水的反应:
阳极反应:　 ;
阴极反应:　;
电解反应:　 。
【微点拨】
(1)微溶物在产物中写成化学式,在反应物中若是澄清溶液,则写成离子形式,若是悬浊液,则写成化学式,不能拆。
(2)弱酸的酸式酸根不能拆写成H+和弱酸酸根阴离子。
三、离子反应方向的判断
1.ΔH-TΔS判据
室温时,　　　　　的离子反应能正向自发进行。
2.平衡常数判据
当反应物的浓度很小时,就可以满足　　　　的条件,因此正反应很容易进行。
【微点拨】
一、离子　原子或分子　浓度降低
二、1.(1)Ba2++SBaSO4↓
MgCO3+2OH-Mg(OH)2+C
(2)①H++OH-H2O
②H++CH3COO-CH3COOH
N+OH-NH3·H2O
CH3COO-+H2OCH3COOH+OH-
(3)①C+2H+H2O+CO2↑
②N+OH-NH3↑+H2O
2.(1)Zn+Cu2+Zn2++Cu　2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)Zn-2e-Zn2+　Cu2++2e-Cu　Zn+Cu2+Zn2++Cu
(3)2Cl--2e-Cl2↑　2H2O+2e-H2↑+2OH-　2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-
三、1.ΔH-TΔS<0　2.Q【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)在溶液中进行的氧化还原反应不可能有分子参加。 (　　)
(2)离子反应发生的条件一定是复分解反应发生的条件。 (　　)
(3)溶液中离子的浓度减小,一定发生了离子反应。 (　　)
(4)溶液中的置换反应一定既是离子反应,也是氧化还原反应。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
【解析】(1)溶液中进行的氧化还原反应中可能有分子参加,如2F+Cl22F+2Cl-。(2)离子反应的类型有复分解反应型、氧化还原反应型、络合反应型、水解相互促进型。(3)溶液的稀释过程离子浓度减小,但没有发生离子反应。
2.离子反应一定在水溶液中才能发生吗
【答案】不一定。离子反应还可在一些离子化合物的熔融状态下发生。
3.离子反应是不是只存在于离子与离子之间
【答案】离子反应既存在于离子之间,也存在于离子与原子或分子之间。
4.离子反应的本质是什么
【答案】离子反应一般是朝着离子浓度减小的方向进行,使体系的能量降低。但不是所有的离子反应都是使离子浓度降低,如醋酸和氨水的反应: CH3COOH+NH3·H2OCH3COO-+N+H2O。
5.离子能否大量共存的依据是什么
【答案】离子间有无反应发生。
6.离子之间能发生哪些反应
【答案】复分解反应,氧化还原反应,互相促进水解,络合反应。
【合作探究】
任务1：离子反应发生的条件
【实验探究】
某化学兴趣小组探究电解质在水溶液中反应的实质,设计如下实验步骤:
(1)利用有关仪器组装成如图所示的装置。
(2)在水槽中加入200 mL 0.2 mol·L-1H2SO4溶液,同时将一个表面光滑的小球放入溶液,小球悬浮于溶液中。
问题生成
1.闭合开关K,向溶液中逐滴加入200 mL 0.2 mol·L-1Ba(OH)2溶液,有何现象
【答案】向溶液中加入Ba(OH)2溶液,发生反应H2SO4+Ba(OH)2BaSO4↓+2H2O,反应过程中溶质不断减少直到没有。小球不断下沉,检流计指针偏转角变小直至为零,溶液中有白色沉淀生成。
2.若将Ba(OH)2溶液改为Na2CO3溶液,试推测实验过程中检流计的变化有何不同。
【答案】若改为Na2CO3溶液,则反应过程中Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2↑,n(H2SO4)=n(Na2SO4),只是随着溶液体积增大,离子浓度逐渐变小,变小幅度比滴加Ba(OH)2幅度小,因此检流计指针偏转角缓慢变小,但不会减小到零。
3.电解质在水溶液中反应的实质是什么
【答案】其实质是离子之间的反应。
【核心归纳】
判断溶液中离子共存的规律
同一溶液中若离子间符合下列任意一个条件就会发生离子反应,离子便不能在同一溶液中大量共存。
(1)发生复分解反应
①有气体产生。如C、HC、S2-、HS-、S、HS等弱酸的酸根离子与H+结合生成气体而不能大量共存。
②有沉淀生成。如Ba2+、Ca2+、Mg2+等不能与S、C等大量共存;Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+等不能与OH-大量共存;Si、[Al(OH)4]-、S2等不能与H+大量共存。
③有弱电解质生成。如OH-、ClO-、F-、CH3COO-、HCOO-、P、HP、H2P等与H+结合生成弱电解质而不能大量共存。
④一些容易发生水解的离子,在溶液中的存在是有条件的。如:[Al(OH)4]-、S2-、HS-、C、HC、S、HS、ClO-、F-、CH3COO-、HCOO-、P、Si、C6H5O-等必须在碱性条件下才能在溶液中大量存在;Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、N等必须在酸性条件下才能在溶液中大量存在。
(2)发生氧化还原反应
①一般情况下,具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存。如I-、S2-、HS-和ClO-、Mn、N(H+)、Fe3+、Cr2等氧化性离子不能大量共存。
②在酸性或碱性介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存。如N和I-在中性或碱性溶液中可以共存,但在有大量H+存在的情况下不能共存。如S、S2和S2-在碱性条件下可以共存,但在酸性条件下发生反应2S2-+S+6H+3S↓+3H2O、2S2-+S2+6H+4S↓+3H2O而不能共存。Mn、ClO-与S2-不论是在酸性条件下还是在碱性条件下都不能大量共存。
(3)形成络合离子
中学化学中应注意有少数离子可形成络合离子而不能大量共存的情况。如Fe3+和SCN-、C6H5O-,由于Fe3++3SCN-Fe(SCN)3等络合反应的发生而不能大量共存。
(4)能水解的阳离子与能水解的阴离子一般不能同时存在于同一溶液中,即离子间能发生“双水解”反应。例如:Al3+和HC,Al3+和C,Al3+和S2-,Al3+和HS-,Al3+和[Al(OH)4]-,Al3+和C6H5O-,Fe3+和[Al(OH)4]-,Fe3+和HC,Fe3+和C,N和[Al(OH)4]-等。如3[Al(OH)4]-+Al3+4Al(OH)3↓等。注意:N和C、N和HC、N和CH3COO-在同一溶液中能大量共存。
【典型例题】
【例1】在制备Al2Fe(SO4)4·24H2O的实验中,对过滤出产品的母液(pH<1)进行处理。常温下,分别取母液并向其中加入指定物质,反应后溶液中主要存在的一组离子正确的是(　　)。
A.通入足量氨气:N、S、OH-、[Al(OH)4]-
B.加入足量Na2O2:Na+、Fe2+、S、OH-
C.加入过量稀硝酸:Al3+、Fe3+、H+、N、S
D.加入过量漂白粉溶液:Ca2+、Fe2+、Cl-、ClO-
【答案】C
【解析】析出Al2Fe(SO4)4·24H2O晶体的母液中含有Al3+、Fe2+、S、H+。通入足量NH3,Al3+可转化为Al(OH)3沉淀,不能转化为[Al(OH)4]-,A项错误;Na2O2有强氧化性,能氧化Fe2+,B项错误;硝酸能将Fe2+氧化为Fe3+,C项正确;漂白粉中的Ca(ClO)2有强氧化性,能氧化Fe2+,D项错误。
【例2】25 ℃时,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)。
A.含大量S的溶液中:N、F-、HC、ClO-
B.KHSO4溶液中:Na+、Mn、S、Fe2+
C.=10-13 mol·L-1的溶液中:Al3+、Fe3+、N、Cl
D.无色透明溶液中:Cu2+、N、Cl-、S
【答案】C
【解析】A项,S具有还原性,与ClO-不能大量共存;B项,KHSO4在溶液中完全电离KHSO4K++H++S,Mn(H+)能氧化Fe2+;C项,=10-13 mol·L-1的溶液中,c平(H+)=0.1 mol·L-1,溶液呈强酸性,四种离子能大量共存;D项,Cu2+在溶液中呈蓝色。
方法技巧：1.离子不能大量共存的三种情况
(1)生成难溶或微溶物质的离子不能大量共存:
①生成难溶性的盐:Ca2+与C,Ba2+与C、S,Ag+与Cl-等。
②生成难溶性的碱:OH-与Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+等。
(2)生成气体的离子不能大量共存:H+与C、HC等。
(3)生成水或其他难电离物质的离子不能大量共存:H+与OH-、CH3COO-等。
2.注意事项——“隐含条件”
(1)“无色透明”溶液中不存在有色离子,如:
Cu2+　　　Fe3+　　　Fe2+　　Mn
　|　　 　　|　　　　　|　　　　|
蓝色　 　棕黄色　　 浅绿色　 紫红色
(2)酸性溶液中不能大量存在与H+反应的离子
“酸性”溶液的不同描述:
①酸性溶液;
②pH<7的溶液;
③使紫色石蕊溶液变红的溶液。
(3)碱性溶液中不能大量存在与OH-反应的离子
“碱性”溶液的不同描述:
①碱性溶液;
②pH>7的溶液;
③使紫色石蕊溶液变蓝的溶液;
④使酚酞变红的溶液。
任务2：离子方程式的书写与正误判断
情境导入　Na2CO3溶液与HCl溶液互滴:
问题生成
1.开始滴加时,甲、乙两支试管中反应的现象相同吗
【答案】不相同。甲试管中几乎没有气泡产生,乙试管中立即产生气泡。
2.写出甲、乙两支试管内滴加溶液至过量的反应的离子方程式。
【答案】甲试管内:C+H+HC,HC+H+H2O+CO2↑;乙试管内:2H++CH2O+CO2↑。
3.书写或判断离子方程式时,哪些物质是以参加反应的离子符号表示的 哪些物质用化学式表示
【答案】易溶、易电离的物质用离子符号表示;非电解质、弱电解质、难溶物、气体等用化学式表示。
4.强电解质一定要写成离子形式吗
【答案】不一定。例如,CaCO3、BaSO4、硫酸等都是强电解质,在书写离子方程式时它们应写成化学式,因为它们在水溶液中主要以分子的形式存在。
【核心归纳】
1.书写要点:抓住一易、两等、三查
(1)一易:易溶的强电解质(强酸、强碱和大多数可溶性盐)以实际参加反应的离子符号表示,其他物质(非电解质、弱电解质、难溶物、气体、单质、氧化物等)用化学式表示。
(2)两等:离子方程式两边的原子个数、电荷总数均应相等。
(3)三查:检查各项是否都有公约数,是否漏写必要的反应条件,是否漏写离子反应。
2.与量有关的离子方程式的书写注意问题
(1)要注意“过量”“少量”“等物质的量”“适量”“任意量”以及滴加顺序对离子方程式的影响。
(2)以量少的为标准,一般将少量物质的物质的量先定为“1 mol”,确定另一种物质参加反应的离子的物质的量,同时少量物质参加反应的离子系数之比要符合化学式。
3.离子方程式的正误判断
(1)看离子反应是否符合客观事实,不可主观臆造产物及反应
如2Fe+6H+2Fe3++3H2↑就不符合客观事实。
(2)看“”“”“↑”“↓”等是否正确
如用饱和FeCl3溶液制备胶体的离子方程式不能写为Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+,应该写为Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+。
(3)看表示各物质的化学式是否正确
如HC不能写成C+H+;HS通常写成S+H+,HCOO-不可写成COOH-等。
(4)看是否漏掉离子反应
如Ba(OH)2溶液与CuSO4溶液反应,既要写B与S的反应,又要写C与OH-的反应。
(5)看是否遵循“两等”
即离子方程式两边的原子个数和电荷总数均应相等。氧化还原反应还应看转移的电子个数是否相等。如FeCl2溶液与Cl2反应,不能写成Fe2++Cl2Fe3++2Cl-,而应写成2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。
(6)看反应物或产物的配比是否正确
如稀硫酸与Ba(OH)2溶液反应不能写成H++OH-+S+Ba2+BaSO4↓+H2O,应写成2H++2OH-+S+Ba2+BaSO4↓+2H2O。
(7)看是否符合题设条件要求
如“过量”“少量”“等物质的量”“适量”“任意量”以及滴加顺序等对反应的影响。如向FeBr2溶液中通入少量Cl2的离子方程式为2Fe2++Cl22F+2Cl-;向FeBr2溶液中通入过量Cl2的离子方程式为2Fe2++4Br-+3Cl22Fe3++2Br2+6Cl-;Na2CO3溶液中通入过量SO2的离子方程式为C+2SO2+H2OCO2↑+2HS。
(8)对于微溶物的处理归纳为三种情况
①在反应产物中有微溶物析出时,微溶物用化学式表示。如向Na2SO4溶液中加入AgNO3溶液:2Ag++SAg2SO4↓。
②当反应物里有微溶物处于溶液状态(稀溶液)时,应写成离子的形式,如将少量CO2气体通入澄清石灰水中:CO2+Ca2++2OH-CaCO3↓+H2O。
③当反应物里有微溶物处于浊液或固态时,应写成化学式,如向石灰乳中加入Na2CO3溶液:Ca(OH)2+CCaCO3+2OH-。
【典型例题】
【例3】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)Na2O2固体与水反应:2+2H2O4OH-+O2↑。 (　　)
(2)Mg(OH)2和稀盐酸的反应:OH-+H+H2O。 (　　)
(3)向FeCl2溶液中通入Cl2:Fe2++Cl2Fe3++2Cl-。 (　　)
(4)向稀硝酸中加入铜片:3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O。 (　　)
(5)向水中加入一小块钠:Na+2H2ONa++2OH-+H2↑。(　　)
(6)将Na投入CuSO4溶液中:2Na+Cu2+2Na++Cu。 (　　)
(7)Fe和稀盐酸反应:2Fe+6H+2Fe3++3H2↑。 (　　)
(8)Fe和稀硝酸反应:Fe+2H+Fe2++H2↑。 (　　)
(9)Fe(OH)3和HI的反应:Fe(OH)3+3H+Fe3++3H2O。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×
【解析】(1)过氧化物不能拆:2Na2O2+2H2O4Na++4OH-+O2↑。(2)Mg(OH)2难溶于水,不能拆。(3)电荷不守恒:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-。(5)电荷不守恒:2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑。(6)正确的离子方程式为2Na+Cu2++2H2O 2Na++Cu(OH)2↓+H2↑。(7)不符合客观事实:Fe+2H+Fe2++H2↑。(8)稀硝酸与铁反应不生成氢气。(9)Fe3+与I-不能大量共存,两者会发生氧化还原反应生成Fe2+、I2。
【例4】下列指定反应的离子方程式正确的是(　　)。
A.将铜丝插入稀硝酸中:Cu+4H++2NCu2++2NO2↑+2H2O
B.向Fe2(SO4)3溶液中加入过量铁粉:Fe3++Fe2Fe2+
C.向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水:Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N
D.向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸:Na2SiO3+2H+H2SiO3↓+2Na+
【答案】C
【解析】A项,离子方程式应为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O;B项,离子方程式应为2Fe3++Fe3Fe2+;D项,离子方程式应为Si+2H+H2SiO3↓。
【随堂检测】
课堂基础
1.下列反应的离子方程式正确的是(　　)。
A.向Ba(OH)2溶液中滴加稀盐酸:2H++2Cl-+B+2OH-2H2O+BaCl2
B.向FeCl3溶液中加入铁粉:2Fe3++Fe3Fe2+
C.向澄清石灰水中通入过量二氧化碳:Ca2++2OH-+CO2CaCO3↓+H2O
D.向FeCl3溶液中加入铜粉:Fe3++CuFe2++Cu2+
【答案】B
【解析】A项,应为H++OH-H2O;C项,应为OH-+CO2HC;D项,应为2Fe3++Cu2Fe2++C。
2.下列各组离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的是(　　)。
A.Fe3+、N、S、I-　　　 B.Ba2+、Na+、S、Cl-
C.H+、HC、S、Na+ D.HC、OH-、Cl-、Ca2+
【答案】A
【解析】A项,F和I-发生氧化还原反应而不能大量共存;B项,B和S因结合产生沉淀而不能大量共存;C项,HC、S与H+反应生成气体和水而不能大量共存;D项,OH-与HC反应生成C和H2O,C又与C结合生成沉淀,因而不能大量共存。
3.写出下列反应的离子方程式。
(1)氧化铁溶于稀硫酸:　 。
(2)醋酸与氨水反应:　 。
(3)小苏打加入NaHSO4溶液中: 　 。
(4)小苏打与NaOH溶液反应: 　 。
(5)CuSO4溶液与Ba(OH)2溶液反应: 　 。
【答案】(1)Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
(2)CH3COOH+NH3·H2OCH3COO-+N+H2O
(3)HC+H+CO2↑+H2O
(4)HC+OH-C+H2O
(5)Cu2++S+Ba2++2OH-BaSO4↓+Cu(OH)2↓
对接高考
4.(2021·全国乙卷,9)下列过程中的化学反应,相应的离子方程式正确的是(　　)。
A.用碳酸钠溶液处理水垢中的硫酸钙:C+CaSO4CaCO3+S
B.过量铁粉加入稀硝酸中:Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O
C.硫酸铝溶液中滴加少量氢氧化钾溶液:Al3++4OH-[Al(OH)4]-
D.氯化铜溶液中通入硫化氢:Cu2++S2-CuS↓
【答案】A
【解析】过量的铁粉与稀硝酸反应,离子方程式为3Fe+8H++2N3Fe2++2NO↑+4H2O,B项错误;反应中硫酸铝过量,离子方程式为Al3++3OH-Al(OH)3↓,C项错误;硫化氢为弱电解质,其分子式不能拆开,离子方程式为Cu2++H2SCuS↓+2H+,D项错误。
5.(2021·湖南卷,12)对下列粒子组在溶液中能否大量共存的判断和分析均正确的是(　　)。
粒子组 判断和分析
A Na+、Al3+、Cl-、NH3·H2O 不能大量共存,因发生反应:Al3++4NH3·H2O[Al(OH)4]-+4N
B H+、K+、S2、S 不能大量共存,因发生反应:2H++S2S↓+SO2↑+H2O
C Na+、Fe3+、S、 H2O2　　　　　 能大量共存,粒子间不反应
D H+、Na+、Cl-、 Mn　　　　 能大量共存,粒子间不反应
　　【答案】B
【解析】Al3+与氨水反应生成氢氧化铝,判断和分析错误,A项不符合题意;铁离子催化双氧水分解,判断和分析错误,C项不符合题意;酸性条件下高锰酸根离子能氧化氯离子,判断和分析错误,D项不符合题意。
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