【化学专题】离子反应与离子方程式训练
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教育
2024-11-05 06:12
北京
地球表面素有“三山六水一分田”之说，即使是“山”和“田”里也存在着大量的水，有关岩石、矿物的形成与转化反应大都是在水溶液中完成的；人体的主要成分也是水，众多生物化学反应也是在水溶液体系里进行的。在水参与的反应中，物质多在H2O这一极性分子的作用下发生了电离，进而以离子形态参与反应。水溶液中电解质之间的反应本质上都是离子反应。一切金属阳离子都具有得电子的性质(氧化性)，一切阴离子都有失去电子的性质(还原性)。其氧化性、还原性强弱可分别根据金属活动顺序表、非金属活动顺序表作出简单判断。虽然理论上说，阳离子都具有氧化性，但是一种阳离子在水里是否会得到电子显示氧化性，这既要看对应的还原剂的强弱，也要看该阳离子跟水电离出的H+的氧化性的相对强弱。阴离子亦然。例如，K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+等非常活泼金属的阳离子在水溶液里并不能显氧化性，原因是它们远不如水电离产生的H+的氧化性强。同样，F- 在水里也不会显还原性，因为其还原性远不如OH-还原性强。按上述金属活动顺序表，Zn2+、Fe2+、Sn2+等氢前金属离子的氧化性理应比H+ 的氧化性弱，但实际上这些金属离子的溶液里加入更活泼金属时，往往主要不是产生氢气，而是以置换出金属单质的反应为主。因为离子的氧化性强弱还跟其浓度有关，在含有这些离子的盐溶液里，金属离子的浓度远远大于氢离子浓度，金属离子往往“优先”参与置换反应。1．金属镁与氯化铁溶液反应产生红褐色沉淀同时有大量无色气体逸出。除置换以外，溶液里还存在离子参与的较复杂的氧化还原反应。如，MnO4-、Cr2O72-、NO3-(H+)、Fe3+等氧化性离子与 S2-、I-、SO32-、Fe2+、 NO2-、C2O42-等还原性离子之间，往往可以发生氧化还原反应。2．Na2S溶液滴入FeCl3 溶液中，产生淡黄色沉淀。3．FeCl3溶液滴入Na2S溶液中，产生黑色FeS沉淀。5．草酸钠溶液滴入酸性重铬酸钾溶液里产生大量CO2气体，溶液变为绿色。6．氧化亚铁溶解于稀硝酸，产生大量无色气体，该气体遇空气立即变为红棕色。当一种氧化剂同时遇到两种还原剂时，就出现先氧化哪一个的问题。如溴化亚铁溶液里滴加氯水时，Br-、Fe2+ 都会被Cl2氧化。根据一般常识，Fe2+ 的还原性要比Br- 强，故Cl2先跟Fe2+ 发生反应。3．向1
mol·L-1的FeBr2 溶液2 mL里滴加含Cl2 2 mmol 的氯水，令其充分反应。而当向碘化亚铁溶液里滴加氯水时，I-、Fe2+ 都会被Cl2氧化，由于I- 的还原性比Fe2+ 强，故Cl2先跟I- 发生反应。2．向1
mol·L-1的FeI2 溶液5 mL里滴加含Cl2 6 mmol 的氯水，令其充分反应。溶液里离子间相互结合，可以形成难溶物、弱电解质(难电离物)、气体等，这些反应都属于复分解反应。分述如下：这类反应主要发生于H+与CO32-(HCO3-)、S2-(HS-)、SO32-(HSO3-)之间，或者OH- 与NH4+(浓溶液或加热时形成NH3气体)之间。值得注意的是，写有些反应的离子方程式时，H+是由弱酸提供的，酸根离子也可能来自难溶盐。如当NaHSO4跟NaHCO3反应时，H+ 是由不完全电离的HSO4-提供的，离子方程式为：HSO4-+ HCO3- = H2O + CO2↑+ SO42-CaCO3+ 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2↑需要注意的是，酸与CO32-、S2-、SO32-等二元酸的酸根离子间反应，未必一定形成气体，当酸不足时，会形成酸式根离子。4．向碳酸钠溶液里通入过量SO2气体令其充分反应。弱电解质主要包含弱酸、弱碱、水。故此类反应也主要发生在H+或OH-参与的反应中。4．磷酸二氢钙溶液里加足量烧碱溶液产生大量白色沉淀。掌握该类反应的首要诀窍是记住常见酸碱盐的溶解性。物质的溶解性是有规律的，具体表现为：(1)电荷较少且半径相对较大的离子K+、Na+、NH4+、NO3-、CH3COO-等的盐大都是可溶的；(2)强酸的盐除个别外也大都是可溶的。其中硝酸盐均易溶；盐酸盐除AgCl、Hg2Cl2外也可溶，PbCl2可溶于热水但不易溶于冷水；硫酸盐中除BaSO4、PbSO4难溶及CaSO4、Ag2SO4微溶外，其它也都可溶。(3)弱酸的盐除K+、Na+、NH4+的盐外，几乎都是不易溶的。(4)常见的碱中，除了NaOH、KOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2(微溶)、NH3·H2O外，大多数都是不溶的。若干年来，人们对物质溶解性的理解不断深入，但直到目前没有形成非常完善的理论。【专题训练8】下列物质间能否发生反应，为什么？能反应的写出其离子方程式，不能反应的说出你判断的理由。其次，还要注意灵活运用知识，如根据一些物质溶解性的相对大小，可用溶解度大的物质制取溶解度小的物质。如，饱和纯碱溶液里通入CO2气体，可以获得NaHCO3的沉淀：2Na+ + CO32- + H2O
+ CO2 = 2NaHCO3↓同理，低温下向饱和氨盐水(用氨气饱和了的食盐水)中持续通入CO2 气体，也可获得小苏打的沉淀：Na+ + NH3 + H2O + CO2= NaHCO3↓ + NH4+ 1．向饱和食盐水里通入干燥的HCl，可见有大量的白色沉淀产生。写出该反应的离子方程式。2．上述由氨盐水制小苏打的反应是索尔维制碱法(或侯氏制碱法)中最为关键的一步反应。工业生产中，必须是先向盐水中通氨气至饱和，再通CO2，这样才能得到小苏打沉淀。若相反，先通CO2 至盐水中达到饱和，再通氨气，则不可能获得小苏打沉淀。这是为什么？1．用氯化铁溶液浸泡Mg(OH)2沉淀，沉淀慢慢由白色变为红褐色。2．暴露在地表的CuS矿物在空气和水的作用下慢慢转化为胆矾溶液，胆矾溶液下渗的过程中遇到ZnS等矿物再次转化为CuS。一般情况下，单种离子的水解是微弱的，要用可逆号“⇌”表示水解过程。多价离子水解都是分步进行的，多元酸根离子水解方程式要分步写，而习惯上多元弱碱阳离子水解方程式则直接写最终产物。如：Cu2+ + 2H2O ⇌Cu(OH)2 + 2H+实际上，单离子的水解并不一定都非常微弱。不知你是否想过这样的问题：+4价离子、-4价离子由于其带有太多的电荷，在水里分别极易与OH- 或H+ 结合(此乃水解的本质)形成相应的化合物，这类反应的平衡常数太大了，以至于我们看不到水溶液里存在如此高价的阴、阳离子。类似的道理是，O2-、N3- 等离子，也因为电荷较多且半径太大，易受到水里H+ 的进攻而水解到底：Na3N + 3H2O = 3Na+ +
3OH- + NH3↑本章第三节里我们讨论过离子间相互促进水解的反应。当阳离子和阴离子都能发生水解的时候，二者相遇往往因相互促进水解使反应进行到底，这样的水解反应习惯上被称为“双水解反应”。1．铸造业常常用水玻璃与沙子混合后制造沙型模具，做好的沙型表面要喷洒一些氯化铵的浓溶液以使其变得坚固。请你结合有关反应的离子方程式说明为什么氯化铵溶液能使沙型模具更坚固？2．硫酸铜溶液中加入碳酸钠溶液时，形成蓝色的碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]沉淀。3．硫酸亚铁溶液里加入次氯酸钠溶液产生大量红褐色沉淀。需要注意的是，并非所有能水解的阳离子与阴离子都会促进水解到底。当它们水解的产物都易溶于水，在水溶液里可以维持较高浓度时，是可以抑制水解反应的。如NH4+与CH3COO- 通常情况下可以大量共存于同一溶液；较低温度下，NH4+ 与HCO3- 也可以共存，要不的话，氮肥NH4HCO3 就无法制造和保存了。Na2CO3 + H2O + CO2= 2NaHCO3 CaCO3 + H2O + CO2 =
Ca(HCO3)2 我们把这样的反应原理概括为“多元弱酸跟其正盐反应，生成对应的酸式盐” 。而当通入CO2 时，生成的H2CO3 则会形成如下电离平衡：由于CO32- 水解产生的OH- 与H2CO3 电离形成的H+ 相互中和，促进上述两个平衡右移的结果，便是总反应：CO2 + H2O + CO32-= 2HCO3- 。【专题训练13】向Na2HPO4溶液里滴加AgNO3 溶液，可以得到黄色的Ag3PO4沉淀。请你写出该反应的离子方程式。(提示：Ag3PO4是可以溶于强酸的盐)我们注意到，HCO3- 在水存在的情况下，本身就是一个矛盾的统一体，一方面它会电离出H+，另一方面作为弱酸根离子它又会发生水解产生OH-：HCO3- + H2O ⇌H2CO3 + OH- △H2>0这两个过程相互促进，导致电离程度与水解程度同步增强。由于这两个过程都是吸热的，当给NaHCO3溶液加热时，电离与水解均进一步加强，最终导致NaHCO3的分解。【专题训练14】把NaHCO3溶液滴入NaAlO2溶液中，有大量的白色沉淀产生。请你分析写出该反应的离子方程式。NaHCO3在此反应过程中起了怎样的作用？HCO3-是否发生了水解反应？我们在前边(无机化学部分)学习过这类反应。如向CuSO4溶液里逐滴加氨水直到过量，我们会观察到先产生蓝色沉淀后溶解形成深蓝色溶液的现象。反应过程如下：Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+
2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3·H2O =
[Cu(NH3)4]2+ + 2OH- + 4H2O不知你是否想过这样的问题，既然Cu2+ 可与NH3 结合形成稳定的[Cu(NH3)4]2+，为什么开始阶段不直接发生此配合反应，而要先形成Cu(OH)2沉淀呢？让我们讨论如下：Cu(OH)2 ⇌Cu2+ + 2OH- Ksp=
2×10-20 …… ①Cu2+ + 4NH3 ⇌[Cu(NH3)4]2+ K稳 = 2×1013 …… ②根据反应①可计算出，只要溶液的pH 达到7，溶液的Cu2+ 就可以几乎沉淀完全(浓度小于10-5mol·L-1)，而此时并不需要向硫酸铜溶液里加多少氨水，也就是说溶液里NH3 的浓度是极低的，不足以引起反应②。而当Cu(OH)2沉淀完全形成后，再加氨水时，随着NH3·H2O 浓度的增大，平衡②不断右移的结果，导致Cu(OH)2不断溶解，形成了深蓝色的[Cu(NH3)4]2+。【专题训练15】写出下列连续实验步骤中各步反应的离子方程式：第二步：向上述所得沉淀中加浓氨水，沉淀溶解为无色溶液；第三步：向上述无色溶液里滴加NaBr溶液，得到淡黄色沉淀；第四步：向上述所得淡黄色沉淀里加Na2S2O3 溶液，沉淀溶解，得到含 [Ag(S2O3)23-]离子的无色溶液；第五步：向上述所得无色溶液里加KI 溶液，得黄色沉淀；第六步：向上述所得黄色沉淀里加NaCN溶液，黄色沉淀溶解，再次变为无色溶液。
