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化学反应的先后顺序

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如何判断一种物质与多种物质发生化学反应的先后顺序？化学反应中的“强制弱”规律是普遍存在的，强者优先反应的原则也是必然的。对于酸、碱、盐、氧化物间的反应必须掌握何者酸性强或何者碱性强，对于氧化还原反应必须掌握何者氧化性强或何者还原性强，对于沉淀反应必须掌握何者溶度积小，等等。只有注意了反应的先后顺序并依此原则分析，就能正确书写好有关反应的化学方程式。
    一、酸、碱、盐、氧化物间的非氧化还原反应
    例1．将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、K[A1(OH)4]的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的关系可表示为（    ）
      解析：这是酸性气体CO2分别与一组碱性物质发生的化学反应，碱性强者优先反应，题设所给的三种溶液与反应生成的K2CO3、BaCO3碱性强弱顺序为：Ba(OH)2﹥KOH﹥K[A1(OH)4]﹥K2CO3﹥BaCO3，故通入CO2发生反应的先后顺序为：①CO2+Ba(OH)2==BaCO3↓+H2O    ②CO2+2KOH==K2CO3+H2O
    ③CO2+2K[A1(OH)4]==K2CO3+H2O+2Al(OH)3↓
    ④CO2+K2CO3+H2O==2KHCO3    ⑤BaCO3+CO2+H2O==Ba(HCO3)2
    结合各反应原理，显然，正确答案为C。
    例2．1 L某混合溶液，可能含有的离子如下表：
可能大量含有的阳离子
 H+  NH4+  Al3+  K+
可能大量含有的阴离子
 Cl－ Br－ I－ ClO－ AlO2－

     往该溶液中逐滴加入NaOH溶液并适当加热，产生沉淀和气体的物质的量(n)与加入NaOH溶液的体积(V)的关系如右图所示。则该溶液中确定含有的离子有_______________；不能确定是否含有的阳离子有__________，要确定其存在
可补充做的实验是_____。
    解析：这是NaOH溶液分别与一组呈酸性的离子发生的化学反应，酸性强者优先反应，题设呈酸性的三种阳离子与生成Al(OH)3的酸性强弱顺序为：H+﹥Al3+﹥NH4+﹥Al (OH)3，故逐滴加入NaOH溶液发生离子反应的先后顺序为：
     ①OH－+ H+==H2O      ②3OH－+Al3+==Al(OH)3↓
    ③OH－+NH4+ NH3↑+H2O     ④OH－+Al(OH)3==[Al(OH)4]－
  结合四个离子反应分析图像：最初加入NaOH既没有沉淀生成，也没有气体生成，则该溶液中含有H+；曲线上升说明此时加入NaOH生成沉淀，则该溶液中含有Al3+；曲线平坦说明此时加入NaOH没有沉淀生成，但虚线说明生成气体，则该溶液中含有NH4+；曲线下降说明此时加入NaOH，Al(OH)3沉淀逐渐溶解。说明溶液中含有的阳离子为H+、Al3+、NH4+，阴离子ClO－、AlO2－与H+、Al3+等不共存，说明溶液中不存在ClO－、AlO2－，而Cl－、Br－、I－无法确定，最后可确定溶液中含有的离子为H+、Al3+、NH4+；不能确定的阳离子是K+，要确定可补做焰色反应的实验。
    例3．已知相同温度下的溶解度：Zn(OH)2﹥ZnS，MgCO3﹥Mg(OH)2，就溶解或电离出S2－的能力而言：FeS﹥H2S﹥CuS，则下列离子方程式错误的是(   )
    A．Zn2++S2－+2H2O==Zn(OH)2↓+H2S↑
    B．Mg2++2HCO3－+2Ca2++4OH－==Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O
    C．FeS+2H+==Fe2++H2S↑
    D．Cu2++H2S==CuS↓+2H+
    解析：由于溶解度Zn(OH)2﹥ZnS，当Zn2+与S2－和OH－相遇时，应先生成溶解度小的沉淀即生成ZnS，而不是发生水解相互促进生成Zn(OH)2，选项A的离子方程式错。由于溶解度MgCO3﹥Mg(OH)2，当Mg2+与OH－和CO32－相遇时，
应先生成溶解度小的沉淀即生成Mg(OH)2，选项B的离子方程式正确。依题意Cu2+、H+、Fe2+等离子结合S2－离子的能力为：CuS﹥H2S﹥FeS ，故选项C、D的离子方程式均正确。正确答案为A。
    例4．将33.6g的NaHCO3 受热分解后所产生的CO2气体和水蒸气全部通过装有一定量的Na2O2的密闭容器后，充分反应，最后固体质量增加5.8g，求密闭容器内所装Na2O2的物质的量。
    解析：本题涉及三个反应：①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑    ②2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2  ③2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑，可认为CO2的酸性强于H2O，先发生Na2O2和CO2反应，后发生Na2O2和H2O反应。根据反应式①知，0.4molNaHCO3 受热分解后产生的0.2molCO2气体0.2mol H2O蒸气；根据反应式②知，0.2molCO2 与Na2O2反应后固体增重相当于CO的质量，即固体质量增加5.6g；余下0.2g的固体增重是由H2O蒸气与Na2O2反应的结果，即增重0.2g相当于H2的质量，根据反应式③知，参加反应的H2O蒸气只有0.1mol；故密闭容器内所装Na2O2的物质的量为0.3mol。
    感悟：在复杂的非氧化还原反应反应体系中，先考虑酸(CO2相当于酸、H+)与碱(OH－)中和反应，后考虑酸与盐之间或碱与盐之间的反应；在含有沉淀的悬浊液中滴加溶液或通入气体时，先考虑和体系中可溶的溶质反应后考虑和体系中固体的反应；若是生成沉淀反应体系，则沉淀的溶度积或溶解度越小又越容易发生反应生成沉淀；这些均符合强者优先反应的原则，实际上就是化学反应的拔河比赛，谁强势谁胜利，谁强谁先反应。
    体验：1．向NaOH、Na[A1(OH)4]、Na2CO3的混合溶液中逐滴滴加稀硫酸时生成沉淀的情况？请用化学方程式表示。
    提示：碱性强弱顺序为：NaOH﹥Na[A1(OH)4]﹥Na2CO3
    2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O
    2Na[A1(OH)4]+H2SO4==Na2SO4+2Al(OH)3↓+2H2O
    Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O
    2Al(OH)3+3H2SO4==Al2(SO4)3+6H2O
    2．向含有Cl－、Br－、I－、S2－的溶液中逐滴滴入硝酸银溶液时生成沉淀的情况？请用离子方程式表示。     
    提示：各难溶物的溶度积顺序为：AgCl﹥AgBr﹥AgI﹥Ag2S
    2Ag++S2－==Ag2S↓    Ag++I－==AgI↓
    Ag++Br－==AgBr↓     Ag++Cl－==AgCl↓
    3．在复盐NH4Fe(SO4)2溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，可能发生的反应的离子方程式是（   ）
    A．Fe2++SO42－+Ba2++2OH－==BaSO4↓+Fe(OH)2↓
    B．NH4++Fe3++2SO42－+2Ba2++4OH－==2BaSO4↓+Fe(OH)3↓+NH3·H2O
    C．2Fe3++3SO42－+3Ba2++6OH－==3BaSO4↓+2Fe(OH)3↓
    D．3NH4++Fe3++3SO42－+3Ba2++6OH－==3BaSO4↓+Fe(OH)3↓+3NH3·H2O
    提示：在水溶液中Fe3+的酸性强于NH4+。正确答案为BC。
    4．将HCl和CO2的混合气体通入澄清石灰水中，为什么不能产生沉淀？
    提示：酸性强弱顺序为：HCl﹥CO2，原因是HCl先和Ca(OH)2反应。
    二、氧化还原反应
    例1．有一混合溶液，其中只含有Fe2+、Cl－、Br－、I－(忽略水的电离)，其中Cl－、Br－、I－的个数比为2∶3∶4，向该溶液中通入氯气，使溶液中Cl－和Br－的个数比为3∶1，则通入氯气的物质的量与溶液中剩余的Fe2+的物质的量之比为 (   )
    A．7∶1               B．7∶2
    C．7∶3               D．7∶4
    解析：此题溶液中Fe2+、Cl－、Br－、I－与Cl2反应的先后顺序应满足还原性强弱顺序：I－﹥Fe2+﹥Br－﹥Cl－，显然反应后溶液中还剩余Fe2+，则
Br－还没有反应，I－全部反应。涉及离子反应只有2个且先后顺序为：
    ①Cl2+2I－==I2+2Cl－     ②2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－
    设Br－的物质的量为3mol，则Cl－与I－的物质的量分别为2 mol、4 mol，根据电荷守恒，原溶液中Fe2+的物质的量为(2 mol+3 mol+4 mol)/2=4.5 mol；依题意反应后溶液中Cl－和Br－的物质的量之比为3∶1，则Cl－的物质的量为3×3 mol=9 mol。由反应①知：与4mol I－发生反应的Cl2的物质的量为2 mol，生成Cl－的物质的量为4 mol；由反应②知：与Fe2+发生反应后生成的
Cl－的物质的量为9 mol－2 mol－4 mol=3 mol，与Fe2+发生反应的Cl2的物质的量为3 mol/2=1.5 mol，发生反应的Fe2+的物质的量为3 mol，剩余Fe2+的物质的量为4.5 mol－3 mol=1.5 mol，故通入氯气的物质的量与溶液中剩余的Fe2+的物质的量之比为(2 mol＋1.5 mol)∶1.5 mol=7∶3。正确答案为C。
    例2．已知Cu+2Fe3+==2Fe2++Cu2+，Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+。现把等物质的量的CuSO4、FeCl3和Zn置于水中充分反应，反应容器中所得离子除SO42－和Cl－外还含有（    ）
    A．Zn2+、Cu、Fe3+      B．Zn、Cu2+、Fe3+　
    C．Zn2+、Cu2+、Fe2+     D．Zn2+、Cu2+、Fe2+    
    解析：题设离子的氧化性强弱顺序为Fe3+﹥Cu2+﹥Fe2+，与等物质的量Zn发生下列先后顺序的离子反应：①Zn+2Fe3+==2Fe2++Zn2+  ②Zn+Cu2+==Zn2+ +Cu   ③Zn+Fe2+==Zn2++Fe
    设CuSO4、FeCl3和Zn的物质的量均为1mol，则与Fe3+反应的Zn的物质的量为0.5mol，另0.5mol Zn与0.5mol Cu2+反应，余下0.5mol Cu2+，故溶液中含有的金属阳离子为Fe2+、Zn2+、Cu2+。正确答案为D。
    例3．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子数为(   )
    A．0.1 mol         B．0.2 mol
    C．0.3 mol         D．0.4 mol
    解析：要恢复到电解前浓度的原则是：出什么就加什么；可将Cu(OH)2拆为CuO和H2O，说明电解硫酸铜溶液时，先电解CuSO4溶液，后电解H2O符合阳离子氧化性强弱顺序：Cu2+﹥H+。根据2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，
2H2O2H2↑+O2↑知：0.1molCuO是由电解产生0.1molCu和0.05molO2引起的，转移电子数0.2mol，0.1molH2O是由电解产生0.1molH2和0.05molO2引起的，转移电子数也为0.2mol，因此共转移电子数0.4mol。正确答案为D。
    感悟：在氧化还原反应体系中，氧化还原反应的实质是反应物间发生电子转移的反应，氧化剂得电子的能力愈强，还原剂失电子能力也就愈强，两强之间更容易发生电子转移，符合强强优先反应的原则。电化学中电极上的离子放电先后顺序也符合强者优先反应的原则。
    体验：1．把足量的铁粉加入稀硝酸、硝酸铁、硝酸铜的混合溶液中发生反应的情况？请用化学方程式表示。
    提示：氧化性强弱顺序为：HNO3﹥Fe(NO3)3﹥Cu(NO3)2
    Fe+4HNO3(稀)==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O    
    Fe+2Fe(NO3)3==3Fe(NO3)2
    Fe+Cu(NO3)2==Fe(NO3)2+Cu
    2．把铝、锌、铁三种金属同时放入足量的稀硫酸中发生反应的情况？请用化学方程式表示。
    提示：还原性强弱顺序为：Al﹥Zn﹥Fe
    2Al+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2↑
    Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
    Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑
    3．经检测，某溶液中含有大量的Cl－、Br－、I－，若向该混合溶液中通入—定量的Cl2，溶液中Cl－、Br－、I－的物质的量与通入Cl2的体积(标准状况)的关系如下表所示，分析后回答下列问题：
Cl2的体积(标准状况)
2.8L
5.6 L
11.2 L
n(Cl－)
1.25mol
1.5 mol
2 mol
n(Br－)
1.5 mol
1.4 mol
0.9 mol
n(I－)
a mol
0
0
    ①当通入Cl2的体积为2.8 L时，溶液中发生反应的离子方程式为      。②原溶液中Cl－、Br－、I－的物质的量浓度之比为_____________。
    答案：①Cl2+2I－==I2+2Cl－      ②10︰15︰4

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