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溶液中的离子反应高中无机化学的内容里,溶液中的离子反应的知识同样占有十分重要的地位根据教材所述,离子反应的实质是“反应总是向反应物中某种离子的浓度减小的方向进行“因而溶液中发生离子反应时必然伴随着原来的一种离子的显著变化,即生成难溶物质、挥发性物质、弱电解质,或伴随氧化还原反应的发生实际上,复杂的溶液往往是一个“多重平衡”的体系,离子反应的真正的本质应是溶液体系的平衡被打破,溶液里的电离平衡、沉淀-溶解平衡、电化学平衡等发生移动的结果下面将对溶液中的离子反应的一些重点问题进行简要分析
(1)沉淀反应沉淀反应是离子反应中最常见的一种反应反应的实质是溶液中形成沉淀的离子打破了沉淀一溶解平衡,促使平衡向沉淀的方向移动,溶液中反应物的离子浓度减小对于沉淀反应,同学们应注意下面几个问题I.沉淀归纳高中阶段所接触过的能在反应中形成沉淀的难溶物、微溶物(未注明颜色的均为白色)
①单质s(淡黄色)、Ag(形成银色的银镜)
②难溶性碱(多形成絮状沉淀)CU(OH)(蓝色)、Fe(OH)(红褐色)、Fe(OH)(不232稳定,在空气中会被氧化)、A1(OH)3Zn(OH)Mg(OH)Ca(OH)(微溶物)、222AgOH(白色沉淀、不稳定,分解成棕色Ag2O沉淀)
③易沉淀阳离子形成的盐银盐AgCk AgBr(浅黄色)、Agl(黄色)、Ag3Po4(黄色)、Ag2so4(微溶);铅盐PbCL、PbSO4
④不易沉淀的阴离子形成的盐BaSCU、NaHCO(从饱和溶液中析出)3
⑤易沉淀的阴离子形成的盐碳酸盐CaCOBaCOMgCO(微溶)、Ag2co
3、ZnCO;亚硫3333酸盐CaSOBaSOZnSO;金属硫化物ZnS(白色),FeS、CuS、Cu2S、PbS、AgS(均333为黑色),HgS(红色);磷酸盐除钾、钠、钱盐外均难溶,课本上接触过Ca3(PO4)2(重钙);其它CaFCaC O224
⑥其它Cu O(红色,醛与新制Cu(0H)2反应得到)、H SiO223II.沉淀的生成与溶解下面我们对高中无机化学中与沉淀有关的重要反应和现象进行一个简单探讨
①一种物质以沉淀的形式从溶液中析出有两种方式a.溶液中的离子发生化学反应形成难溶物,这是最常见的一种析出沉淀的方式;b.溶质从饱和溶液中析出,这种析出方式有两种可能,一为溶解度的改变使溶质结晶析出;或者是因为多种溶质共存时,溶解度小者便会结晶析出如著名的侯氏制碱法,其基本反应原理为CO2+NH3+NaCl=NHQ+NaHCO31,提取NaHCCh便利用了NaHCO3的溶解度比NH4cl小的特点
②并不是反应式中生成难溶物便代表该反应是沉淀反应如水解反应和生成胶体的反应这两种反应的基本原理是相同的,生成的难溶物微粒的直径都比其距离小得多,不能构成沉淀
③高中阶段接触了一些使沉淀溶解的方法,这些方法可以大致归为下面几类a.H+溶解适用于难溶的弱酸盐或难溶性碱的沉淀,如CaCO3+2H+==Ca2++H2O+CC)2TCu(OH)+2H+==Cu2++2H O但应注意金属硫化物的溶解较为特殊,如CuS既不溶于水也不溶于酸,于是22有高中阶段里的一个特殊方程式CU2++H2S=CU2+[+2H+,反应出现了“弱酸制强酸”的现象而FeS、ZnS能溶于酸,故有FeS(ZnS)+2H+==Fe2+(Zn2+)+H ST2b.OH-溶解高中阶段里能溶于碱的沉淀除了耳熟能详的“Al系歹广之外,还有“Si系列(Si、SiCh、H SiO)系23列(P、P2O5)”以及S单质Si单质生成SiCh2-并放出H2,而S、P溶于热的碱液会发生歧化反应;而酸性氧化物SiO
2、P2O5以及弱酸H2SiO3便无须多说,下面是一些应注意的方程式A1O3+2OH-==2A1O2-+H OSiO+2OH-==SiO2-+H O22232A1OH+OH-==A1O-+H O注意AlCb溶液与NaOH溶液反应的相关问题,NaOH过量时、反应322的总式为A13+4-4OH-=AlO-+2H O,因此应注意nAlC13/nNaOH=l:3和1:4的两个临界点223S+6OH-==2S2-+SO2-+3H O需在热的碱液中进行,是除去容器壁残留的硫固体的方法之一,另32一种方法是使用CS2溶解C.氧化还原反应溶解这是对付不溶于强酸和强碱的沉淀的最好方法最常用的除沉淀试剂是硝酸,因为硝酸本身有很强的氧化性,且自身转化为气体、几乎不会与任何阳离子结合成新的沉淀的N03-和HO,操作上十分便2捷一般不用浓硫酸,因为浓硫酸的反应大多需要加热,且副反应多,操作不便硝酸可以溶解Cu、Hg、Ag等不活泼金属和绝大多数金属硫化物沉淀而将浓盐酸与浓硝酸按31比例可配制成王水,可以溶解Pt、Au等极不活泼的金属和HgS等极难溶的硫化物沉淀王水中浓盐酸是“配位剂”,有助于金属离子形成配离子迅速脱离溶液体系,硝酸才是真正的氧化剂硝酸溶解的一个典型应用便是用稀硝酸除去“银镜”3Ag+4H++NO3-==3Ag++NOT+2H2不溶于稀硫酸的CuS也可用稀硝酸除去3CuS+8NO3-+8H+=3Cu2++3SO42-+8NOT+4H2d.配合反应溶解在无机化学中,利用配合反应是溶解难溶物的重要且十分有效方法高中阶段里只接触过一个实例配制银氨溶液中AgOH+2NH3=二AgNH32++OH-这里归纳一些银氨溶液的注意事项配制银氨溶液过程中必须将氨水滴入硝酸银溶液中,直至最初生成的沉淀恰好完全溶解,N%不能过量,否则无法进行判断;银氨溶液必须现配先用,且用完后一定要及时处理!处理办法是用盐酸将Ag+沉淀出来,即AgNH32++Cl-+2H2O==AgCl[+2NH3H22水解反应水解反应是高中阶段最重要的知识点之一,在化学推算题中也常常出现相关的知识的考察此处便不再列举水解反应的相关知识点,仅对两个问题进行一些适当的说明I.水解方程式的书写水解方程式的基本形式就是中和反应的逆反应而已,对于阳离子,带多少正电荷就与多少分子的H20反应;对于多元弱酸根阴离子,一定要分步写出水解的方程式,不做要求时一般写出第一步即可如Fe3+水解Fe3++3H OFeOH+3H+;AIO2-水解A1O-+2H OA1OH+OH-23223CO32-水解CO2-+H O HCO3-+OH-HCO3-+H2OHCO+OH-不能写成总式!3223II.双水解反应双水解反应是非氧化还原反应中在推断题里出现频率极高的一类反应这类反应的原理并不复杂,即弱酸根水解产生的0H-与金属阳离子水解产生的H+结合成H2O,使两种离子的水解平衡向水解方向移动而互相促进水解双水解反应常伴随沉淀和气体的生成,反应较为彻底,故反应式不写可逆符号写双水解反应的方程式可以用最原始的方法先写各自的水解式再加合起来,最后扣去水但其实只要仔细观察,就可以发现两条规律
①双水解反应的生成物一侧总电荷必为0;
②H2O不可能为生成物则写方程式时,先写出右边的沉淀或气体,再根据电荷守恒规则配平参与反应的两种离子,最后看情况在左边补上比0即可如泡沫灭火器的原理A13++3HCO3-==A1OH31+CO2T现象生成白色沉淀,放出无色气体AI2S3固体的水解2Al3++3S2-+6H2O=2AlOH31+3H2ST现象生成白色沉淀,放出无色有臭鸡蛋气味的气体因此A12S3只能用A1与S固体共热反应制取A13++3A1O2-+6H2O=4A1OH3]“A1家族”的三大主角“聚首”的反应,出现频率极高!3酸式盐在离子反应这一部分,高中化学与初中化学最大的区别莫过于酸式盐的大量出现酸式盐的性质多样,反应时关系复杂,是化学推断题中非常青睐的考点下面便对酸式盐做一个简要的总结I.基本概念酸式盐是弱酸中的氢离子部分被碱中和的产物,其中含有酸式酸根离子酸式盐在晶体态和熔融态时只存在阳离子和酸式酸根阴离子,而溶于水中能部分或完全电离,生成三种以上的离子酸式盐的电离方程式如下完全电离中学阶段只有HS04-NaHSO==Na++H++SO2-44部分电离NaHCO==Na++HCO-HC03-H++CO2-333NaH2Po4==Na++H2POr H PO-H++HPCU2-HPO2-H++PCU3-244多级电离的后一步电离的程度都必然比前一步小II.酸式盐的溶解性酸式盐溶解的基本规律是除了钾、钠、钱盐外,金属酸式盐的溶解度都比相应的正盐大;多元酸式盐中含可电离的氢越多,其溶解度越大如将C
02、S02气体通入澄清石灰水中,开始时产生白色沉淀,但继续通入气体,白色沉淀会溶解,即发生反应CaC03CaSO+CO+H O=CaHCO2CaHSO此处提醒一个问题,就是直接将大322332量S02气体通入澄清石灰水中时,实际是看不到沉淀的,因为S02在水中的溶解度比CO2大得多,生成的沉淀很快就被溶于水中的S02溶解了若直接写总式,下面的反应可写成C02SO+0H-=HC03-HS0-23若将C02通入饱和碳酸钠溶液中,会有结晶沉淀析出Na2CO3+CO+H O==2NaHCO3;22注意上面反应的“沉淀”和一般的沉淀是不一样的饱和溶液中析出的“沉淀”是盐的结晶,有一定外形且是透明的;而一般的沉淀是固体颗粒或结成絮状的固体带,聚集度较大,能显出一定的颜色一般来说,中学阶段的所接触的酸式盐都是可溶的,只是溶解度存在差异而已唯一的例外是磷酸一氢钙CaHPCU2,它是微溶的酸式盐而磷酸二氢盐都是可溶的,因而在农业生产中,偏酸性的土壤更有利于磷的吸收,因为H+能将溶解度小的磷酸盐和磷酸氢盐转化为可溶的磷酸二氢盐,发生反应CaHPO42+H+==Ca2++H2P04-,便于植物根系吸收而施用磷肥时,磷肥不能与碱性肥料草木灰等混用,以防二者反应生成难溶物III.酸式盐的两性弱酸的酸式盐必然有两性,即其既能与酸又能与碱反应这是由酸式酸根离子在溶液中存在的电离-水解的矛盾关系决定的H+或OH-能促进一者,抑制另一者,从而使酸式盐表现出酸与碱的共同性质如HCO3-+H+=H O+CO HCO3-+OH-==CO2-+H O;22T32HS-+H+==H STHS-+OH-=S2-+H O;HPO2-+H+==HPO-;HPO2-+OH-==PO3-+H O弱酸酸式22424442盐的溶液的酸碱性由电离-水解中优势者决定,电离占优势则显酸性,水解占优势贝U显碱性如NaHC03溶液显碱性HCO3-+H2O==H2co3+0H-亚硫酸的酸性很强,甚至强于磷酸H2SO3pKal
1.89,H3PO4pKal
2.13亚硫酸与磷酸一级电离后o得到的阴离子HS03-和H2P04-仍有一定的酸性,其电离能力大于水解能力,因而其盐溶液呈酸性酸式盐溶液与相应的正盐比较,其相应的碱性则较弱,如溶质浓度相同时pHNaHC03溶液Na2CO3溶液其原因可以简单地看成正盐酸根离子要多进行一步水解CO32-+H2OHC03-+0H-提供一个规范的解释,不作要求HC03-和CO32-分别是H2CO3和HC03-的“共辄碱”,酸性显然有H2CO3HCO3-,由酸碱的质子理论,共物碱的碱性有CO32-HCO3-oIV.酸式盐的热稳定性一般酸式盐的热稳定性比相应的碳酸盐差但一定要注意的一点是,谈论“热稳定性”一定是在物质的固体状态,酸式盐在溶液中是不会发生分解的2NaHCO3==Na2cO3+CO2T+H20T若要获得NaHC03晶体,最好不要直接蒸干溶液,否则蒸发过程中析出的晶体会被加热分解掉CaHCO32=CaCO3;+CO2+H2O自然界中溶洞景观的形成过程,便是CaC03洞中被溶有大量C02的水溶解,转化成可溶的CaHCO32,温度升高时CaHCO32又分解重新生成CaC03,从而使溶岩形成了各种独特的形状V.酸式盐的定量反应关系酸式盐生成沉淀、气体时的定量反应是高中阶段里非常热门的知识点,常出现在离子反应与离子方程式的相关考题中所涉及的方程式并不多,但容易混淆其实,写这些方程式有许多的诀窍,下面便摘取几组常考到的方程式
①NaHS04溶液与Ba0H2溶液原理中和反应H++0H-==H20沉淀反应Ba2++SO42-=BaSO4;反应有两个重要临界点恰好沉淀完全H++SO42-+Ba2++OH-==BaSO41+H2O溶液恰好呈中性2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO41+2H2O若将NaHS04溶液滴入Ba0H2溶液,沉淀lmolSO42-只需要lmolBa2+,而lmolBaOH2尚有ImolOH-,此时溶液显碱性继续加NaHS04溶液,实际上只是发生中和反应;若将Ba0H2溶液滴入NaHS04溶液,溶液先达到中性,接下来只是Ba2++SO42=BaSO4的反应也可以用化学方程式来记忆这组方程式,前者生成NaOH,后者生成Na2s04
②NaHS04溶液和BaHCO32溶液原理HCO3-+H+==H2O+CO2T沉淀反应Ba2++SO42-==BaSO4;若NaHS04过量,则发生Ba2++2HCO3-+2H++SO42-==BaSO41+2CO2f+2H20若BaHCO32溶液过量,则发生Ba2++HCO3-+H++SO42-二二BaSO41+CO2T+H2O这组反应实际上只是把上一组的OH-换成了HC03-,相应的反应也变成了产生C02气体的反应,但反应的本质是大同小异的,离子方程式的形式也无太大差别
③NaHC03溶液和Ca0H2溶液原理HCO3-+OH・=CO32・+H2O沉淀反应Ca2++CO32-=CaCO3;若NaHCO3过量,则发生2HCO3-+Ca2++2OH-二二CaCO31+CO32-+2H2O若Ca0H2过量,贝U发生HCO3-+Ca2++OH-二=CaCO31+H2O按化学方程式理解,前者HC03-过量,还有未沉淀的CO32-,生成物有Na2CO3;后者Ca0H2过量,有未反应的OH-,生成物中有NaOH这两个方程式的计量比可简记为“小苏打HC
03.多则水生成物的H20多”@CaHCO32溶液和NaOH溶液原理HCO3-+OH-=CO32-+H2O沉淀反应Ca2++CO32-==CaCO31若NaOH过量,则发生2HCO3-+Ca2++2OH-==CaCO31+CO32-+2H2O若CaHCO32过量,则发生HCO3-+Ca2++OH-=CaCO31+H2O这组反应其实只是将上一组的阴阳离子作了个调换而已,反应原理是一样的,离子方程式也相同
⑤多元弱酸的正盐与酸的反应原理若HxA为x元弱酸xl,当nH+nAx-=x:l时,将生成酸式盐Na2S溶液与少量盐酸反应H++S2-==HS-Na2S溶液与过量盐酸反应2H++S2-==H2s应注意,向碳酸钠溶液中滴入盐酸,虽然反应式中不显示气体的生成,但由于盐酸的液滴滴入时,在溶液表面形成了“局部过量”的情况,此时会有少量的气泡出现VI.其它问题同学们应注意下面一个现象在一般的实验室里进行的化学反应中,较多情况下会生成酸式盐,因为实验室中往往要加入过量的某种反应物以确保反应完全如S02通入Na2CO3溶液中SO2+CO32-+H2O==HSO3-+CO2但一定要特别小心下面这个方程式C02通入苯酚钠溶液中C02+C6H50-=C6H5OH+HCO3-记住,无论C02是否过量,反应都只能生成HC03」因为苯酚的酸性比HC03-弱,所谓的“强酸制弱酸”的生成物是HCO3-OHS03-离子也能与CO32-离子反应,生成HC03-和SO32-HSO3-+CO32-==HCO3-+SO32-若HS03-过量,还能与生成的HC03-继续反应,放出C02。