鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 离子反应第1课时学案设计

第4节　离子反应

第1课时　离子反应发生的条件

学习目标

1.通过离子方程式书写规则的学习,能用化学用语正确表示水溶液中的离子反应。

2.通过离子平衡知识的学习,能从离子反应的角度分析溶液的性质。

学习任务1　离子反应发生的条件

1.离子反应的定义:通常将溶液中离子之间以及离子与原子或分子之间发生的反应称为离子反应。

2.离子反应的类型

(1)离子交换型(复分解型)离子反应。

没有元素化合价变化,一般没有分子或原子参加,一般是阴、阳离子间反应。

(2)氧化还原型离子反应。

有元素化合价变化,可能是离子—离子、离子—原子或离子—分子之间发生反应。

3.离子反应发生的条件

(1)离子交换型(复分解型)离子反应。

通常必须是“阴、阳离子间才可能反应”,当阴、阳离子间结合为沉淀、弱电解质或气体(挥发性物质)才能反应。

(2)氧化还原型离子反应。

①自发氧化还原反应:符合以强制弱(即氧化性为氧化剂>氧化产物,还原性为还原剂>还原产物)才能发生。

②非自发氧化还原反应:通过外加直流电源才能发生。

　我们在第2章学习了化学反应的自发性,通过学习知道一个反应ΔG=ΔH-TΔS<0,该反应即可自发进行。

一些具有典型条件的复分解反应的热力学数据(298.5 K、101.3 kPa)如下表:

据上表可知常见的生成沉淀、气体、弱电解质的反应一般可以发生。

除了从热化学角度分析离子反应是否可以发生,也可以从平衡常数角度出发分析离子反应是否可以发生及反应程度。

探究1　从平衡常数角度探究复分解型离子

反应(平衡常数单位省略)

问题1:已知Ksp[Ca(OH)2]=4.7×10-6 mol3·L-3,分析 0.1 mol·L-1的CaCl2溶液与0.1 mol·L-1的NaOH溶液等体积混合能否反应?

提示:混合后c(Ca2+)=0.05 mol·L-1,c(OH-)=0.05 mol·L-1,所以Q=c(Ca2+)·c2(OH-)=1.25×1 mol3·L-3>4.7×10-6 mol3·L-3,所以反应可以发生。

问题2:0.01 mol·L-1的CaCl2溶液与0.01 mol·L-1的NaOH溶液等体积混合能否反应?

提示:同上计算Q=1.25×10-7 mol3·L-3<4.7×10-6 mol3·L-3,所以反应不能发生。

问题3:已知H2CO3的Ka1=4.2×10-7 mol·L-1,Ka2=5.6×10-11 mol·L-1,Ka(HClO)=4.7×10-8 mol·L-1。计算分析HC+ClO-HClO+C能否发生。

提示:①HCH++C　Ka2=5.6×10-11 mol·L-1,②HClOH++ClO-　Ka(HClO)=4.7×10-8 mol·L-1,①-②得HC+ClO-HClO+CK==≈1.19×10-3,由于K很小,所以反应微乎其微。

问题4:假设HC浓度为0.1 mol·L-1的溶液与ClO-浓度为0.1 mol·L-1的溶液等体积混合,计算次氯酸根离子转化率并分析该计算结果。

提示:　　　　HC+ClO-HClO+C

 0.05 0.05 0 0

 c c c c

 0.05-c 0.05-c c c

=1.19×10-3,解得c≈0.001 7,次氯酸根离子转化率α(ClO-)=×100%=3.4%。通过计算知道此反应几乎很难发生,所以次氯酸钠溶液通入二氧化碳发生反应的化学方程式为H2CO3+NaClONaHCO3+HClO,即使NaClO过量,NaHCO3也很难继续与之反应。

探究2　从氧化性、还原性强弱角度探究氧化还原型离子反应

问题5:根据阳离子放电顺序(即氧化性顺序),分析为什么印刷电路板反应可以发生。

提示:根据阳离子放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(H2O)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+,可知氧化性Fe3+>Cu2+,印刷电路板反应为2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,其中Fe3+是氧化剂,Cu2+是氧化产物,氧化剂的氧化性大于氧化产物的,符合“以强制弱”原则,所以反应可以发生。

问题6:根据元素周期律,分析2H2S+O22S↓+2H2O为什么可以发生。

提示:O与S在同一主族,O在S上一周期,所以氧化性O2>S,符合“以强制弱”原则,所以反应可以发生。

常见类型离子反应总结

1.离子交换型(复分解型)离子反应

(1)生成难溶物或微溶物:常见酸、碱、盐溶解性可参考必修第一册最后附录,沉淀转化型反应也属于此类型。

(2)生成弱电解质。

①常见与H+生成弱酸的弱酸根离子:F-、ClO-、S2-、HS-、S、HS、P、HP、H2P、C、HC、[Al(OH)4]-、Si、CH3COO-及HCOO-等。

②常见与OH-结合的弱碱阳离子:N等。

③H+与OH-结合为水,H+与H或结合为H2O2等。

2.氧化还原型离子反应

(1)常见氧化性离子:Mn(H+)、N(H+)、ClO-、Fe3+。

(2)常见还原性离子:Cl-、Br-、I-、S2-、HS-、S、HS、Fe2+等。

3.特殊类型离子反应

(1)水解互促型离子反应:Al3+与C、HC、S2-、HS-、Si、[Al(OH)4]-、ClO-等,Fe3+与C、HC、Si、[Al(OH)4]-、ClO-等。

(2)配位反应:Fe3+与SCN-生成Fe(SCN)3;Ag+与NH3·H2O生成[Ag(NH3)2]+;Cu2+与NH3·H2O生成[Cu(NH3)4]2+等。

1.(2021·广东广州阶段练习)下列离子方程式正确的是(　A　)

A.向次氯酸钙溶液中加入少量醋酸增强漂白性:ClO-+CH3COOHHClO+CH3COO-

B.FeO溶于足量稀硝酸:FeO+2H+Fe2++H2O

C.向Na[Al(OH)4]溶液中加入过量稀硫酸:[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O

D.向NaClO溶液中滴入少量FeSO4溶液:2Fe2++ClO-+2H+Cl-+2Fe3++H2O

解析:次氯酸钙与醋酸反应生成醋酸钙与次氯酸,离子方程式为ClO-+CH3COOHHClO+CH3COO-,A正确;FeO与稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮、水,离子方程式为3FeO+N+10H+3Fe3++5H2O+NO↑,B错误;Na[Al(OH)4]与过量稀硫酸反应生成硫酸铝和水,C错误;NaClO溶液显碱性,滴入少量FeSO4溶液生成Fe(OH)3沉淀,D错误。

2.(2021·湖南长沙阶段练习)25 ℃时,下列有关溶液组成的描述合理的是(　C　)

A.无色溶液中可能大量存在Fe3+、N、Cl-、S2-

B.酸性溶液中可能大量存在Na+、Si、S、I-

C.由水电离的c水(OH-)=1×10-13 mol·L-1的溶液中可能大量存在Na+、K+、Cl-、C

D.pH=12的溶液中可能大量存在Mg2+、K+、Cl-、S

解析:含Fe3+的溶液显棕黄色,A错误;Si与H+反应生成难溶物H2SiO3,B错误,;由水电离的c水(OH-)=1×10-13 mol·L-1的溶液可能呈酸性,也可能呈碱性,C在酸性溶液中不能大量存在,但在碱性溶液中,四种离子均能大量存在,C正确;pH=12的溶液呈碱性,Mg2+与OH-不能大量共存,D错误。

(1)离子大量共存问题,本质上就是离子反应发生的条件问题,离子间发生反应则必然不能大量共存。

(2)离子大量共存问题解题思路:首先考虑离子间是否能发生氧化还原反应,如果不能发生氧化还原反应,再考虑是否能发生复分解型离子反应。复分解型离子反应一般反应原则是“阴、阳离子反应”,阴、阳离子结合为沉淀、弱电解质、气体、配合物时就不能共存。

(3)注意两个“特例”,OH-与HC不能共存,OH-+HCH2O+C;[Al(OH)4]-与HC不能共存,[Al(OH)4]-+HCAl(OH)3↓+H2O+C。严格讲这两个特例也是“阴、阳离子反应”,前者一般认为是HCH++C与H++OH-H2O叠加而成,后者是HCH++C与H++[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+H2O叠加而成。

学习任务2　离子方程式

1.离子方程式的书写方法

以CaCO3与HCl的反应为例。

微点拨:化学式拆写要点

(1)易溶于水的强电解质均写成离子形式,包括强酸、强碱、大多数可溶性盐;其他均用化学式表示,如单质、氧化物、气体、弱电解质(弱酸、弱碱、水)、非电解质、难溶性盐。

(2)微溶物写法:微溶物作为反应物,若是溶液,写离子符号,若是浊液,写化学式;微溶物作为生成物,一般写化学式。

(3)酸式盐的写法:多元弱酸根离子不能拆开写;强酸酸式酸根离子拆开写。

(4)一水合氨写法:一水合氨作为反应物时写NH3·H2O;作为生成物时,若加热条件或浓度大时,NH3·H2O分解,写成NH3↑+H2O,若无加热条件且浓度很小,写成NH3·H2O。

2.离子方程式的正误判断

(1)检查是否符合客观事实,即反应能否发生,生成物是否符合事实。如Na与CuSO4溶液的反应为2Na+Cu2+2Na++Cu(错误);Fe与稀盐酸的反应为2Fe+6H+2Fe3++3H2↑(错误)。

(2)检查化学式拆写是否正确。

(3)检查符号使用是否正确,要注意“”“”“↑”“↓”等符号的正确使用。如AlCl3溶于水中:Al3++3H2OAl(OH)3↓+3H+(错误)。

(4)检查是否遵循原子守恒、电荷守恒和得失电子守恒。如Fe3++CuFe2++Cu2+(错误);Fe2++Cl2Fe3++Cl-(错误)。

(5)检查是否漏掉参加反应的离子。如Ba(OH)2溶液与CuSO4溶液反应:Ba2++SBaSO4↓(错误)。

(6)检查反应物或产物的配比是否正确。如稀H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应:H++S+Ba2++OH-BaSO4↓+H2O(错误)。

(7)检查是否符合用量关系,即过量、少量、等物质的量、适量、任意量、逐滴加入引起的用量变化等对反应产物的影响。

(8)检查反应条件的影响。

①有的反应与试剂的滴加顺序有关。如Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸,离子方程式为C+H+HC,HC+H+H2O+CO2↑。稀盐酸中逐滴加入Na2CO3溶液,离子方程式为C+2H+H2O+CO2↑;再如AlCl3溶液与NaOH溶液、Na[Al(OH)4]溶液与盐酸反应等。

②浓度条件:如硝酸与铜反应时,浓硝酸被还原为NO2,稀硝酸一般被还原为NO;再如浓硫酸与Zn反应,浓硫酸被还原为SO2,稀硫酸被还原为H2等。

离子方程式用实际参加反应的离子的符号表示反应,相对化学方程式来讲,离子方程式更简洁,能从更深层次表示一个反应的本质。

探究　离子方程式的书写

问题1:盐酸与NaOH溶液混合发生中和反应,盐酸中有哪些离子?氢氧化钠溶液中有哪些离子?这些离子是否自由?

提示:盐酸中含有H+、Cl-、OH-(极少);NaOH溶液中含有Na+、OH-、H+(极少);离子均为自由离子。

问题2:盐酸与氢氧化钠溶液混合后,离子种类有没有改变?离子的数量如何改变?

提示:种类没有改变;但H+与OH-数量大幅度降低,两者结合为H2O分子。

问题3:盐酸与氢氧化钠溶液反应过程中Cl-与Na+数量有没有改变?两者反应前后自由度有无改变?

提示:两者数量没有改变;反应前后均为自由离子。

问题4:通过上述分析,你认为离子方程式的本质是什么?

提示:离子方程式实际上是把没有参与反应的离子(种类、数量、自由度均没有变化)删除之后,用实际参与反应的离子(种类改变或数量改变或自由度改变的离子)表示化学反应。

“定一法”书写酸式盐与碱反应的离子方程式

(1)根据相对量将少量物质定为“1 mol”,若少量物质有两种或两种以上离子参加反应,则参加反应的离子的物质的量之比与物质组成之比相符。

(2)根据少量物质中离子的物质的量,确定过量物质中实际参加反应的离子的物质的量。

(3)根据“先中和后沉淀”的思路正确书写离子方程式。

1.(2021·河南周口阶段练习)下列反应的离子方程式书写正确的是(　B　)

A.已知氧化性Cl2>Br2>Fe3+,向FeBr2溶液中通入等物质的量的Cl2:2Fe2++4Br-+3Cl22Fe3++2Br2+6Cl-

B.向澄清石灰水中加入Ca(HCO3)2溶液:Ca2++OH-+HCCaCO3↓+H2O

C.将过氧化钠加入硫酸亚铁溶液中:2Fe2++2Na2O2+3H2O2Fe(OH)3↓+4Na++O2↑

D.向Ba(OH)2溶液中滴加NaHSO4溶液至混合溶液恰好为中性:Ba2++OH-+H++SBaSO4↓+H2O

解析:向FeBr2溶液中通入等物质的量的Cl2,已知氧化性Cl2>Br2>Fe3+,Fe2+的还原性强于Br-的,Cl2先与Fe2+发生反应,令FeBr2的物质的量为 1 mol,根据得失电子数目守恒得消耗的n(Br-)=1 mol,消耗Fe2+、Br-、Cl2的物质的量之比等于系数之比,即为1∶1∶1,其离子方程式为2Fe2++2Br-+2Cl22Fe3++Br2+4Cl-,故A错误;澄清石灰水与Ca(HCO3)2溶液反应,即OH-与HC反应生成C和H2O,C与Ca2+反应生成碳酸钙沉淀,离子方程式为Ca2++OH-+HCCaCO3↓+H2O,故B正确;反应前后氧原子不守恒,故C错误;反应至中性,其离子方程式为Ba2++2OH-+2H++SBaSO4↓+2H2O,故D错误。

2.(2021·湖南长沙阶段练习)下列过程中的化学反应,其相应的离子方程式正确的是(　D　)

A.氯化铜溶液中通入硫化氢:Cu2++S2-CuS↓

B.过量铁粉加入稀硝酸中:Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O

C.碳酸氢钠的水解:HC+H2OC+H3O+

D.向FeCl3溶液中加入Mg(OH)2:3Mg(OH)2+2Fe3+2Fe(OH)3+3Mg2+

解析:H2S是弱酸,不能拆成离子形式,正确的离子方程式为Cu2++H2SCuS↓+2H+,A错误;铁粉过量,生成亚铁离子,正确的离子方程式为3Fe+8H++2N3Fe2++2NO↑+4H2O,B错误;HC+H2OC+H3O+是HC的电离方程式,水解方程式为HC+H2OH2CO3+OH-,C错误。

警惕离子方程式书写与判断四大陷阱

1.“拆分”陷阱

离子方程式的正误判断中,常常设置物质是否能“拆分”的陷阱,氧化物、弱电解质、沉淀、多元弱酸的酸式酸根离子在离子方程式中均不能拆分。在学习时,应熟记常见的弱电解质、溶解度表及常见多元弱酸的酸式酸根离子。

2.“守恒”陷阱

离子方程式除符合质量守恒外,还应符合电荷守恒,做题时往往只注意质量守恒,而忽略电荷守恒,这也是命题者经常设置的“陷阱”。

3.“原理”陷阱

离子反应应符合客观事实,而命题者往往设置不符合“反应原理”的陷阱,如Fe和氧化性酸反应生成Fe2+、金属和氧化性酸反应生成H2,忽略隐含反应、不符合配比关系、“”“”使用不正确以及反应条件不恰当等。

4.“量比”陷阱

在离子方程式正误判断中,做题时往往忽略相对量的影响,命题者往往设置“离子方程式正确,但不符合相对量”的陷阱。突破“陷阱”的方法:一是审准“相对量”的多少,二是看离子反应是否符合该相对量。

【知识整合】

【易错提醒】

1.误认为电解质参加的反应都能写成离子方程式。其实不然,固体之间的反应不能写成离子方程式,如高锰酸钾受热分解、氯化铵固体与氢氧化钙固体反应等。

2.误认为澄清透明溶液一定为无色溶液,其实无色溶液是没有颜色的溶液,而澄清透明溶液是没有不溶物质、透明的溶液,比如CuSO4溶液就是澄清透明的溶液,但不是无色溶液。

3.误认为只要发生水解互促反应,离子就一定不能大量共存。其实不然,有些离子不太容易水解,即使水解互促,程度也不大,是可以大量共存的。比如N与CH3COO-等。

4.误认为离子之间可以反应就永远能反应,其实离子反应是有条件的,随着条件改变,反应可能也会变化,比如Ca2+与OH-,因为Ca(OH)2是微溶物,所以两种离子浓度较大时(满足Q>Ksp)就会反应,而浓度较小时(Q<Ksp)则不会反应。