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第三章第4节 离子反应
(一)离子反应发生的条件
1. 离子反应发生的条件:能否生成难溶物(如AgCl、BaSO4、CaCO3等),弱电解质(如H2O、弱酸、弱碱等),气体(挥发性物质,如CO2、H2等)或发生氧化还原反应。只要满足四者之一,离子反应即可发生,即:
反应条件:①离子交换型:具备生成沉淀、气体、难电离物质(弱电解质)三个条件即可。
②氧化还原型:强氧化性离子 + 强还原性离子 = 弱还原性离子 + 弱氧化性离子
2. 离子反应发生的方向: 根据焓变与熵变判据和平衡常数判据,从理论上可以判断离子反应进行的方向。
焓变与熵变判据:△H-T△S<0,离子反应正向自发进行。
平衡常数判据 : Q<K , 离子反应正向自发进行。
3. 离子方程式的书写
书写离子方程式的注意事项如下:
(1)原理清、产物准。例如铜分别与浓硝酸、稀硝酸反应,还原产物不同。
(2)“拆与不拆”: 在水溶液中进行的反应,只有易溶的强电解质才能拆写成离子形式,其它物质(难溶、难电离、易挥发物质、单质、非电解质、氧化物)都写成化学式的形式。
(3)微溶物[如Ca(OH)2、CaSO4、Ag2SO4]要视具体情况而定:浊液写化学式(如石灰乳),澄清液写离子形式(如澄清石灰水)。
(4)多种离子参加反应时,既不要漏写,也不要将系数错误化简。
例如:H2SO4和Ba(OH)2反应的离子方程式:
①Ba2+ + SO42- = BaSO4↓或H+ + OH-= H2O ,错误漏写内容。
②Ba2+ + SO42- + H+ + OH-= BaSO4↓+ H2O ,错误,化简错误。
③Ba2+ + SO42- + 2H+ + 2OH-= BaSO4↓+ 2H2O ,正确。
(5)反应物的量不同,离子方程式不同。首先找出参加反应的离子,不足量的物质所提供的离子必定全部反应,所以其比值必定满足其化学式中的系数比,将其按照系数比写出,然后将过量的物质提供的离子按不足量物质离子所需要的数值写出;若出现分数,则在方程式两边同乘以一个数变为整数即可。
例如:NaHSO4与Ba(OH)2(不足)反应和NaHSO4与Ba(OH)2(过量)反应。
两反应中参加反应的离子均为H+ 、OH-、Ba2+、SO42-,前者是Ba(OH)2不足,所以先将Ba2+ 和OH-按1:2写出,然后1个Ba2+需要1个SO42-,2个OH-需要2个H+ ,配平产物系数即可:Ba2++2OH-+SO42-+2H+=BaSO4↓+2H2O。而后者是NaHSO4 不足,所以先将SO42- 和H+ 按1:1写出,然后1个SO42-需要1个Ba2+ ,1个H+ 需要1个OH-,配平产物系数即可:Ba2++SO42-+H++OH-=BaSO4↓+ H2O
(6)顺序不同,离子方程式不同。例如:
向Na2CO3溶液中逐滴滴入稀盐酸直至过量: CO32- + H+= HCO3- HCO3-+H+=CO2↑+H2O
向盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液直至过量: CO32- + 2H+ =CO2↑+H2O
(二)离子反应的应用
离子反应在生产.生活以及科学领域有着重要应用。
1. 离子反应可以应用于物质检验与含量的测定:利用离子的特征反应来检验一些常见离子;利用离子反应测定溶液中相关离子的浓度,如酸碱中和滴定、氧化还原滴定等。
现以酸碱中和滴定介绍离子反应的应用。
(1)定义:用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验。
(2)原理:aC(酸) ·V(酸)=bC(碱)·V(碱)(a、b分别是酸和碱的元数)
(3)定量实验准确保证:
①准确量取酸液和碱液的体积(用滴定管)。
②准确判断滴定终点(用酸碱指示剂)。
(4)酸式滴定管和碱式滴定管的构造:
①均为带刻度的玻璃管,0刻度在上,最大刻度在下。
②读数可读到小数点后两位,即0.01mL。
③两滴定管的控制部件不同:酸式滴定管是玻璃活塞,碱式滴定管是橡胶管里套一玻璃小球。
(5)实验操作过程:(以浓度为C1的盐酸滴定NaOH溶液为例)
①准备阶段:
a. 洗涤酸式滴定管.碱式滴定管、锥形瓶、并检查两滴管是否漏液。
b. 用所要装的溶液分别润洗两滴定管2-3次。
c. 用碱式滴定管取一定体积(V2)NaOH 溶液于锥形瓶中,滴入适量酚酞待用。
d. 将标准盐酸装入酸式滴定管,排出尖嘴处气泡,调整液面处于0刻度或以下某位置。
②滴定阶段:
左手控制活塞,右手摇动锥形瓶眼睛注视着锥形瓶内颜色变化快到终点时,要尽量减慢速度。
③终点判断:
指示剂颜色恰好由红色变为无色且半分钟内不恢复原颜色,即是滴定终点,读取读数V1。
(6)数据处理: C2=C1V1/V2
(7)误差分析:
①滴定管是否漏液问题。②是否润洗的问题:滴定管要用盛装液润洗,锥形瓶不能用盛装液润洗。③滴定前后是否有气泡问题。④滴定前后是否悬着半滴问题。⑤读数问题:必须平视,不能仰视或俯视。⑥终点判断的准确性问题。
2. 用于物质制备与纯化
离子反应可以用于制备一些酸、碱、盐、气体,氯碱工业用电解饱和食盐水制取烧碱和氯气也是离子反应。而物质的纯化也常常用到离子反应,例如要除去食盐水中的Ca2+、Mg2+、SO42-:按照除杂质的两原则:①加入一种试剂,除去一种离子②所加试剂要稍过量。确定加入试剂先后有BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、盐酸。
3. 生活中常见的离子反应
治疗胃酸过多用含有Al(OH)3的胃舒平:Al(OH)3 +3H+ = Al3+ +3H2O
暂时硬水的软化,溶洞中石笋、钟乳石的形成等。
【典型例题】
例1. 某无色溶液与铝反应产生氢气,则在溶液中不可能大量共存的离子组为( )
A. Na+,Fe3+,NO3-,Cl-
B. K+,Na+,Cl-,SO42-
C. K+,CO32-,Na+,Cl-
D. Mg2+,Cl-,K+,SO42-
解析:铝与酸或碱都可以反应生成氢气。C选项的CO32- 在酸性条件下不存在,但在碱性条件下可以存在。D选项的Mg2+在碱性条件下不存在,但可以在酸性条件下存在。B选项在两种条件下都可以存在。A选项中的Fe3+因不是无色而不符合要求,该选项在两种情况下也都不满足要求。
答案:A
点评:本题考查铝的性质和复分解类型的离子反应。
例2. 下列离子组中,因发生氧化还原反应而不能大量存在的是()
A. Fe3+,NH4+,CH3COO-,Cl-
B. Ba2+,Na+,SO42-,Cl-
C. H+,NO3-,SO32-,Na+
D. HCO3-,OH-,Cl-,Ca2+
解析:选项A中的Fe3+和CH3COO-因为发生较彻底的水解而不能大量共存,B选项因Ba2+和SO42-产生沉淀而不能大量共存。C选项中NO3-在有H+存在的情况下具有强氧化性,SO32- 具有强还原性,因发生氧化还原反应而不能大量共存。D 选项中OH- 结合HCO3-电离出的H+反应生成CO32- 和H2O,CO32- 又会与Ca2+ 生成沉淀。
答案:C
点评:氧化还原型的离子反应要符合物质的氧化还原反应规律,熟练掌握相关物质的化学性质。
例3. 下列离子方程式中,正确的是( )
A. FeSO4溶液与H2O2溶液混合:Fe2+ +2H2O2 +4H+ =Fe3+ + 4 H2O
B. 小苏打溶液与稀硫酸混合:CO32- + 2 H+ =CO2↑+H2O
C. 大理石溶解于醋酸:CaCO3+ 2 H+ = Ca2+ +CO2↑+H2O
D. 明矾溶液水解:Al3+ +3 H2OAl(OH)3+3H+
E. 氢氧化铁与氢碘酸反应:Fe(OH)3+3 H+= Fe3++3H2O
解析:选项A中电荷不守恒,正确的为2Fe2+ +H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
选项B中小苏打为NaHCO3,HCO3-在书写方程式时不能拆开写,正确的为:
HCO3-+H+=CO2↑+H2O
选项C中醋酸为弱电解质,在写离子方程式时应写出其化学式,正确的为:
CaCO3+2CH3COOH=Ca2+ +2CH3COO-+ CO2↑+H2O
选项D是正确的。
选项E中生成的Fe3+还要与I- 发生氧化还原反应,正确的为:
2Fe(OH)3+6H++2I-==2Fe2++6H2O+I2
答案:D
点评:正确书写离子方程式需要“观六路、听八方”,不可顾此失彼。
例4. 有一固体混合物,可能由Na2CO3,Na2SO4,CuSO4,CaCl2,NaCl 等物质组成。为鉴别它们,做了如下实验:① 将固体混合物溶于水,搅拌后,得无色溶液;②在①所得的溶液中滴加BaCl2溶液,有白色沉淀生成;③过滤,然后在此白色沉淀中加入足量稀硝酸,沉淀完全消失。
(1)由此推断,固体混合物中肯定有________,肯定没有_______,可能会有_________。
(2)写出上述过程可能发生反应的离子方程式______________,_______________。
解析:根据①,溶液无色,说明没有Cu2+,根据②和③判断一定没有SO42-,一定有CO32—,既然有CO32-,就一定没有Ca2+
答案:(1)Na2CO3;CuSO4 Na2SO4 CaCl2;NaCl
(2)Ba2+ +CO32—=BaCO3↓
BaCO3 + 2H+ = Ba2+ +CO2 ↑+H2O
点评:本题综合考查常见盐的物理性质、化学性质。
【模拟试题】(答题时间:70分钟)
一. 选择题
1. 在某溶液中酚酞呈粉红色。下列离子在该溶液中,不能大量存在的是( )
A. K+ B. Na+ C. Ba2+ D. Al3+
2. 在pH=1的含Ba2+ 的溶液中,还能大量存在的离子是( )
A. Al3+ B. ClO- C. Cl- D. SO42-
3. 下列各组溶液的反应,不管反应物量的多少,都只能用同一离子方程式来表示的是( )
A. Ba(OH)2与盐酸溶液
B. Ba(OH)2与H2SO4溶液
C. Ca(HCO3)2与 NaOH溶液
D. NaHCO3 与Ca(OH)2溶液
4. 在无色透明的未知溶液中加入BaCl2溶液生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,则未知溶液中( )
A. 一定存在Ag+ B. 一定存在SO42-
C. 可能存在Ag+ 或SO42- D. 一定含有Ag+和SO42-
5. 下列反应的离子方程式中,书写正确的是( )
A. Al2(SO4) 3 溶液中加入过量氨水:Al3+ +3OH-= Al(OH)3↓
B. 电解饱和食盐水: 2 Cl- + 2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-
C. 碳酸钙与盐酸反应:CaCO3 + 2H+ = Ca2+ +CO2↑+ H2O
D. FeSO4 溶液中加入用硫酸酸化的H2O2 溶液:Fe2+ +H2O2 +2H+=Fe3++2 H2O
6. 向Na2CO3 浓溶液中逐滴加入稀盐酸,直到不再生成二氧化碳气体为止,则在此过程中溶液的HCO3-浓度的变化趋势可能是( )
A. 逐渐减小 B. 逐渐增大
C. 先逐渐增大,而后减小 D. 先逐渐减小,而后增大
7. 若1体积硫酸恰好与10体积pH=11的NaOH溶液完全反应,则二者物质的量浓度之比应为( )
A. 10:1 B. 5:1 C. 1:1 D. 1:10
8. 下列反应的离子方程式中,可以用H+ + OH-= H2O 表示的是( )
A. 醋酸与KOH溶液 B. 氢氧化铜与盐酸
C. NaHSO4溶液与氨水 D. 硝酸与Ba(OH)2溶液
9. 若溶液中由水电离产生的[OH-]=1×10-14 mol·L-1,满足此条件的溶液中一定可以大量共存的离子组是( )
A. Al3+,Na+,NO3-,Cl- B. K+,Na+,NO3-,Cl-
C. K+,Na+,Cl-,AlO2- D. K+,NH4+,SO42-,NO3-
10. 下列离子方程式中,正确的是( )
A. 把金属铁放入稀硫酸中:2Fe+6H+= 2Fe3+ +3H2↑
B. 碳酸钡和稀硫酸反应:BaCO3 +2H+= Ca2+CO2↑+H2O
C. 澄清石灰水和盐酸反应:H+ +OH-= H2O
D. 向CuSO4溶液中加入适量Ba(OH)2溶液:Ba2+ +SO42-=BaSO4↓
二. 填空题
11. 某溶液中可能存在的阴离子为下列离子中的一种或几种:Cl-,SO42-,SO32-,CO32-
(1)若溶液呈酸性,则不能大量存在的离子是________________。
(2)若加入Ba(NO3)2溶液后不生成沉淀,则溶液中不存在的离子是________________。
(3)若加入盐酸和BaCl2的混和溶液,有大量的白色沉淀生成,则溶液中肯定存在的离子是_____________。
12. 用酸式滴定管准确量取25.00mL 某未知浓度的盐酸,放于一洁净的锥形瓶中,然后用0.20mol·L-1的NaOH溶液滴定,指示剂为酚酞。滴定结果如下:
滴定次数
NaOH起始读数
NaOH终点读数
第一次
0.10mL
18.60mL
第二次
0.30mL
18.00mL
(1)根据以上数据可以计算出盐酸的物质的量浓度为_______________mol·L-1。(精确到0.01)
(2)达到滴定终点的标志是_______________________________________.
13. 某电解质溶液中可能存在的离子为Ag+、H+、Cu2+、CO32-、OH-、Cl-,你认为肯定存在的离子有________,肯定没有的离子是________,还需进一步确认的离子有_______,确认的实验方法是_________。
14. A、B、C、D是4种可溶的化合物,分别由阳离子K+、Ba2+、Al3+、Fe3+和阴离子OH-、CO32-、NO3-、SO42-两两组合而成,它们的溶液发生如下反应:A与B反应生成白色沉淀,再加过量A ,沉淀量减少,但不会完全消失;C与D反应生成有色沉淀;B与C 反应生成白色沉淀。写出它们的化学式:
A _________,B_______,C_______,D___________.
【试题答案】
一. 选择题
1. D 2. AC 3. AB 4. C 5. BC
6. C 7. B 8. D 9. B 10. C
二. 填空题
11. (1)CO32- SO32-
(2)SO42- SO32- CO32-
(3)SO42-
12. (1)0.15
(2)锥形瓶中溶液从无色刚好变为浅红色且半分钟内不退去。
13. Cl-;Ag+、CO32-、OH-;H+、Cu2+;观察溶液颜色,如果有蓝色则有Cu2+;加入足量铁粉,如果有气泡产生,则有H+(或者用紫色石蕊试液)。
14. Ba(OH)2 Al2(SO4)3 K2CO3 Fe(NO3)3
【典型例题】
例1. 某无色溶液与铝反应产生氢气,则在溶液中不可能大量共存的离子组为( )
A. Na+,Fe3+,NO3-,Cl- B. K+,Na+,Cl-,SO42-
C. K+,CO32-,Na+,Cl- D. Mg2+,Cl-,K+,SO42-
例2. 下列离子组中,因发生氧化还原反应而不能大量存在的是()
A. Fe3+,NH4+,CH3COO-,Cl- B. Ba2+,Na+,SO42-,Cl-
C. H+,NO3-,SO32-,Na+ D. HCO3-,OH-,Cl-,Ca2+
例3. 下列离子方程式中,正确的是( )
A. FeSO4溶液与H2O2溶液混合:Fe2+ +2H2O2 +4H+ =Fe3+ + 4 H2O
B. 小苏打溶液与稀硫酸混合:CO32- + 2 H+ =CO2↑+H2O
C. 大理石溶解于醋酸:CaCO3+ 2 H+ = Ca2+ +CO2↑+H2O
D. 明矾溶液水解:Al3+ +3 H2OAl(OH)3+3H+
E. 氢氧化铁与氢碘酸反应:Fe(OH)3+3 H+= Fe3++3H2O
例4. 有一固体混合物,可能由Na2CO3,Na2SO4,CuSO4,CaCl2,NaCl 等物质组成。为鉴别它们,做了如下实验:① 将固体混合物溶于水,搅拌后,得无色溶液;②在①所得的溶液中滴加BaCl2溶液,有白色沉淀生成;③过滤,然后在此白色沉淀中加入足量稀硝酸,沉淀完全消失。
(1)由此推断,固体混合物中肯定有________,肯定没有_______,可能会有_________。
(2)写出上述过程可能发生反应的离子方程式______________,_______________。
【模拟试题】(答题时间:70分钟)
一. 选择题
1. 在某溶液中酚酞呈粉红色。下列离子在该溶液中,不能大量存在的是( )
A. K+ B. Na+ C. Ba2+ D. Al3+
2. 在pH=1的含Ba2+ 的溶液中,还能大量存在的离子是( )
A. Al3+ B. ClO- C. Cl- D. SO42-
3. 下列各组溶液的反应,不管反应物量的多少,都只能用同一离子方程式来表示的是( )
A. Ba(OH)2与盐酸溶液 B. Ba(OH)2与H2SO4溶液
C. Ca(HCO3)2与 NaOH溶液 D. NaHCO3 与Ca(OH)2溶液
4. 在无色透明的未知溶液中加入BaCl2溶液生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,则未知溶液中( )
A. 一定存在Ag+ B. 一定存在SO42- C. 可能存在Ag+ 或SO42- D. 一定含有Ag+和SO42-
5. 下列反应的离子方程式中,书写正确的是( )
A. Al2(SO4) 3 溶液中加入过量氨水:Al3+ +3OH-= Al(OH)3↓
B. 电解饱和食盐水: 2 Cl- + 2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-
C. 碳酸钙与盐酸反应:CaCO3 + 2H+ = Ca2+ +CO2↑+ H2O
D. FeSO4 溶液中加入用硫酸酸化的H2O2 溶液:Fe2+ +H2O2 +2H+=Fe3++2 H2O
6. 向Na2CO3 浓溶液中逐滴加入稀盐酸,直到不再生成二氧化碳气体为止,则在此过程中溶液的HCO3-浓度的变化趋势可能是( )
A. 逐渐减小 B. 逐渐增大
C. 先逐渐增大,而后减小 D. 先逐渐减小,而后增大
7. 若1体积硫酸恰好与10体积pH=11的NaOH溶液完全反应,则二者物质的量浓度之比应为( )
A. 10:1 B. 5:1 C. 1:1 D. 1:10
8. 下列反应的离子方程式中,可以用H+ + OH-= H2O 表示的是( )
A. 醋酸与KOH溶液 B. 氢氧化铜与盐酸
C. NaHSO4溶液与氨水 D. 硝酸与Ba(OH)2溶液
9. 若溶液中由水电离产生的[OH-]=1×10-14 mol·L-1,满足此条件的溶液中一定可以大量共存的离子组是( )
A. Al3+,Na+,NO3-,Cl- B. K+,Na+,NO3-,Cl-
C. K+,Na+,Cl-,AlO2- D. K+,NH4+,SO42-,NO3-
10. 下列离子方程式中,正确的是( )
A. 把金属铁放入稀硫酸中:2Fe+6H+= 2Fe3+ +3H2↑
B. 碳酸钡和稀硫酸反应:BaCO3 +2H+= Ca2+CO2↑+H2O
C. 澄清石灰水和盐酸反应:H+ +OH-= H2O
D. 向CuSO4溶液中加入适量Ba(OH)2溶液:Ba2+ +SO42-=BaSO4↓
二. 填空题
11. 某溶液中可能存在的阴离子为下列离子中的一种或几种:Cl-,SO42-,SO32-,CO32-
(1)若溶液呈酸性,则不能大量存在的离子是________________。
(2)若加入Ba(NO3)2溶液后不生成沉淀,则溶液中不存在的离子是________________。
(3)若加入盐酸和BaCl2的混和溶液,有大量的白色沉淀生成,则溶液中肯定存在的离子是_____________。
12. 用酸式滴定管准确量取25.00mL 某未知浓度的盐酸,放于一洁净的锥形瓶中,然后用0.20mol·L-1的NaOH溶液滴定,指示剂为酚酞。滴定结果如下:
滴定次数
NaOH起始读数
NaOH终点读数
第一次
0.10mL
18.60mL
第二次
0.30mL
18.00mL
(1)根据以上数据可以计算出盐酸的物质的量浓度为_______________mol·L-1。(精确到0.01)
(2)达到滴定终点的标志是_______________________________________.
13. 某电解质溶液中可能存在的离子为Ag+、H+、Cu2+、CO32-、OH-、Cl-,你认为肯定存在的离子有________,肯定没有的离子是________,还需进一步确认的离子有_______,确认的实验方法是_________。
14. A、B、C、D是4种可溶的化合物,分别由阳离子K+、Ba2+、Al3+、Fe3+和阴离子OH-、CO32-、NO3-、SO42-两两组合而成,它们的溶液发生如下反应:A与B反应生成白色沉淀,再加过量A ,沉淀量减少,但不会完全消失;C与D反应生成有色沉淀;B与C 反应生成白色沉淀。写出它们的化学式:
A _________,B_______,C_______,D___________.
【试题答案】
一. 选择题
1. D 2. AC 3. AB 4. C 5. BC
6. C 7. B 8. D 9. B 10. C
二. 填空题
11. (1)CO32- SO32-
(2)SO42- SO32- CO32-
(3)SO42-
12. (1)0.15
(2)锥形瓶中溶液从无色刚好变为浅红色且半分钟内不退去。
13. Cl-;Ag+、CO32-、OH-;H+、Cu2+;观察溶液颜色,如果有蓝色则有Cu2+;加入足量铁粉,如果有气泡产生,则有H+(或者用紫色石蕊试液)。
14. Ba(OH)2 Al2(SO4)3 K2CO3 Fe(NO3)3
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