鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 离子反应第2课时导学案

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1.通过离子反应知识学习,能分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
2.通过滴定法原理学习,理解运用离子反应进行离子浓度测定的原理。
学习任务1 离子反应的应用

1.物质检验与含量测定
(1)离子的检验:可利用离子的特征反应来检验一些常见离子。
根据离子因性质不同而在实验中表现的现象不同,可把检验离子的方法归纳为三种类型:沉淀法、气体法和显色法。
续 表
(2)测定溶液中离子的浓度。
①沉淀滴定法:如溶液中的SO42-,用Ba2+将其转化为BaSO4沉淀,然后称量沉淀的质量就可求得SO42-的物质的量及其浓度。
②酸碱中和滴定法:强酸溶液中H+的浓度可以用已知准确浓度的强碱溶液滴定求得。
③氧化还原滴定法:如溶液中MnO4-的浓度可用已知准确浓度的Fe2+溶液滴定求得。
2.物质的制备与纯化
(1)物质的制备。
①氯碱工业生产烧碱和氯气:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
②实验室制取CO2发生的离子反应:CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑。
(2)物质的纯化。
①制高纯度的氯化钠:除去其中少量的SO42-、Mg2+、Ca2+,需要的试剂及加入的正确顺序是NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、盐酸。
②除去污水中的重金属离子:用沉淀剂将其转化为沉淀而除去,达到净水的目的。
3.生活中常见的离子反应
(1)胃酸过多的治疗。
①服用小苏打片:离子方程式为H++HCO3-CO2↑+H2O。
②服用胃舒平:离子方程式为Al(OH)3+3H+Al3++3H2O。
(2)硬水的形成及软化。
①含义:含有Ca2+、Mg2+较多的水。
②形成(暂时硬水)。
离子方程式为MgCO3+CO2+H2OMg2++2HCO3-,CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-。
③软化方法。
a.加热法:Ca2++2HCO3-CaCO3↓+CO2↑+H2O,Mg2++2HCO3-MgCO3↓+CO2↑+H2O。
b.加沉淀剂法:在硬水中加入Na2CO3等沉淀剂,离子方程式为Ca2++CO32-CaCO3↓,Mg2++CO32-MgCO3↓。
探究 离子检验中的干扰及排除
问题1:向某溶液中加入BaCl2溶液,产生了白色沉淀,则溶液中可能含有哪些离子?
提示:Ag+、SO42-、SO32-、CO32-、SiO32-等。
问题2:若要检验溶液中的SO42-,则应该排除Ag+、SO32-、CO32-、SiO32-等的干扰。请问如何排除这些干扰离子?
提示:可以先加足量盐酸,若有Ag+、SiO32-则会形成沉淀,取上层清液,加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。若有SO32-、CO32-则会形成SO2、CO2,然后加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。
问题3:某溶液含有SO32-、SO42-,若要检出其中的SO42-,能否用加入Ba(NO3)2溶液,产生白色沉淀后加入稀HNO3沉淀不溶解来检验?
提示:不能。因为SO32-与Ba2+产生的BaSO3沉淀有还原性,会被HNO3氧化为BaSO4沉淀而不溶解。
问题4:如何检验含有SO32-的溶液中的SO42-?
提示:先加足量稀盐酸,使SO32-转化为SO2,然后加BaCl2溶液产生白色沉淀即可检出。
离子检验中排除干扰的基本方法
1.避开干扰:例如检验Fe2+一般是用先加KSCN溶液无现象、再加氯水变红色。若有Fe3+则对此法会造成干扰。此时我们可以不用此法,而改用KMnO4检验。
2.排除干扰:利用离子反应,把干扰离子转化为沉淀过滤除掉或取上层清液检验,或转化为气体逸出等方法。
1.海洋中有丰富的矿产、水产和能源等资源,如图所示为海水利用的部分过程。下列有关说法正确的是( B )
A.过程①中按Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液的顺序加入试剂,可除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子
B.氯碱工业的产品可以用于生产漂白粉
C.过程③中,NaBr反应得电子
D.过程③④⑤中,溴元素均被氧化
解析:试剂添加顺序中,Ba2+最后无法被除去,加入药品的正确顺序应该为BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→过滤后加盐酸,除去过量的Na2CO3和NaOH,A错误;氯碱工业中电解饱和NaCl溶液,反应产生NaOH、Cl2、H2,Cl2与石灰乳发生反应可以制得漂白粉,B正确;过程③中,NaBr与Cl2反应,Br-失去电子被氧化为Br2,C错误;在过程④中Br2得到电子被还原为HBr,D错误。
2.(2021·上海嘉定期中)某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。取样进行实验,结果是①测得溶液pH=2;②加入氯水,溶液颜色变深。对原溶液描述错误的是( A )
A.一定含有Fe2+
B.一定含有Br-
C.可能同时含有Fe2+、Br-
D.一定不含NH4+
解析:某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。①虽然铵根离子水解呈酸性,但水解程度微弱,且离子的物质的量浓度相同,则测得溶液pH=2,说明存在H+,不存在CO32-;②加入氯水,溶液颜色变深,则有Fe2+被氧化为Fe3+或Br-被氧化为Br2;若溶液中含有Fe2+、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-、Br-,不存在铵根离子;若溶液中含有Br-、H+,符合离子物质的量浓度相同、溶液呈电中性,其他离子可以不存在;若溶液中含有Fe2+、Br-、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-,则不存在铵根离子。综上,一定含有Br-、H+,Fe2+与SO42-可以同时存在,也可以同时不存在,一定不存在NH4+、CO32-。若溶液中只含有Br-、H+,也满足题述现象,A错误;据分析,一定含有Br-,B正确;据分析,可能同时含有Fe2+、Br-、H+、SO42-,C正确;据分析,一定不含NH4+,D正确。
3.(2021·河南洛阳阶段练习)下列目标物质的除杂方法中,不能达到相应目的的是( A )
解析:NaHCO3固体受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,故NaCl固体中仍然混有碳酸钠固体,不能达到除杂的目的,故A符合题意;先通过饱和NaHSO3溶液,HCl与NaHSO3反应生成二氧化硫气体,再通过浓硫酸,除去水蒸气,故能达到除杂的目的,故B不符合题意;MgSO4与NaOH反应生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠,过滤,除去氢氧化镁沉淀,向滤液中加适量硫酸,中和过量的NaOH,能达到除杂的目的,故C不符合题意;CuSO4与铁粉反应生成硫酸亚铁和铜单质,过滤,除去铜和过量的铁粉,能达到除杂的目的,故D不符合题意。
离子推断要坚持四项原则
(1)肯定性原则:据现象推断肯定存在或肯定不存在的离子。
(2)互斥性原则:如溶液中含有Ba2+,则不存在大量的SO32-、CO32-等。
(3)进出性原则:要注意所加试剂引入什么离子,是否造成干扰。
(4)守恒原则(电中性原则):阳离子和阴离子同时存在于溶液中且正、负电荷总量相等。
学习任务2 酸碱中和滴定

1.概念和原理
(1)概念:是利用中和反应,用已知浓度的强酸(或强碱),确定待测强碱(或强酸)溶液的浓度的实验方法。
(2)原理:在中和反应中,酸提供的H+与碱提供的OH-之间的物质的量相等。即c(H+)·V(酸)=c(OH-)·V(碱),则c(H+)=c(OH-)·V(碱)V(酸)或c(OH-)=c(H+)·V(酸)V(碱)。
2.主要仪器使用
(1)仪器:滴定管、胶头滴管、滴定管架(铁架台和蝴蝶夹)、锥形瓶、烧杯。
仪器a是酸式滴定管,仪器b是碱式滴定管。
(2)滴定管的使用方法。
3.主要试剂
待测液、标准液、指示剂(一般用酚酞或甲基橙)。
4.实验操作
(1)实验前的准备工作。
(2)滴定。
(3)终点的判断:等到滴入最后半滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不变回原色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
(4)数据处理:为减少实验误差,滴定时,要求重复实验2～3 次,求出所用标准液体积的平均值,然后再计算待测液的物质的量浓度。
滴定分析法,就是将一种已知其准确浓度的试剂加到被测物质溶液中,直到化学反应完全为止,然后根据所用试剂的浓度和体积求算被测物质的含量。在滴定过程中使用的已知准确浓度的试剂,称为标准溶液或滴定剂。被测的物质,称为试样。我们可以根据反应物与产物发生易于观察的变化(如颜色的改变、沉淀的生成等)来确定恰好完全反应的终点,即化学计量点。
探究1 指示剂变色与滴定终点判定
问题1:什么叫化学计量点?什么叫滴定终点?
提示:酸碱完全中和的pH叫化学计量点,强酸碱滴定pH=7时是理论上反应完全的点。所以强酸碱滴定“化学计量点”是pH=7。因为借助指示剂判断反应终点,指示剂变色点即为滴定终点。
问题2:什么是滴定突跃?
提示:化学计量点前后±0.1%的pH范围内,往往pH变化剧烈,其图像表现为“直线拉升”。此现象叫滴定突跃,此范围叫突跃范围。
例:
问题3:指示剂选择依据是什么?
提示:理论上指示剂变色范围在突跃范围内即可选择。
问题4:指示剂滴定终点变色如何确定?
提示:变色点越接近“化学计量点”越好。比如强酸滴定强碱,用酚酞作指示剂。酚酞pH10.0为红色。会出现两次变色,第一次是在pH=10附近,由红色变浅红色,第二次是在pH=8.2附近,由浅红色变无色。显然8.2更靠近“化学计量点”且颜色变化也更明显。所以滴定终点是由浅红色变无色。
探究2 滴定过程误差分析
以NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸为例。假设NaOH溶液的浓度为0.1 ml·L-1,滴定过程所取的盐酸体积为10 mL,消耗的NaOH溶液体积为 20 mL,待测盐酸的浓度记为c待。
问题5:如何计算待测液的浓度?
提示:根据HCl+NaOHNaCl+H2O,20×10-3 L×0.1 ml·L-1=10×10-3 L×c待,c待=0.2 ml·L-1。
问题6:假定待测液取用量多于10 mL,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积大于20 mL,比如是 21 mL,而计算时由于不知道待测液取用量偏大,仍然用10 mL进行计算,c待=0.21 ml·L-1>0.2 ml·L-1,测量结果偏高。
问题7:假定所配NaOH标准液浓度高于0.1 ml·L-1,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积小于20 mL,比如是 18 mL,而计算时不知道标准液浓度偏高,仍然用0.1 ml·L-1进行计算,c待=0.18 ml·L-1