离子反应发生的条件及离子反应的应用-鲁科版高中化学选修4学案

第4节离子反应第1课时离子反应发生的条件及离子反应的应用[核心素养发展目标]1.变化观念与平衡思想：知道离子反应的实质和离子反应发生的条件，会判断离子反应能否发生。2.证据推理与模型认知：会书写离子方程式，熟知离子反应的应用，建立离子检验与推断的思维模型。一、离子反应发生的条件1．生成沉淀(1)生成沉淀：可溶性电解质之间发生反应生成沉淀，如Ba(OH)2溶液与Na2SO4溶液混合时，其离子方程式为Ba2＋＋SO2－4===BaSO4↓。(2)沉淀的转化：由一种难溶电解质溶解生成的离子与其他离子反应生成另一种更难溶电解质，使相应离子浓度降低，促进原沉淀继续溶解并转化为新的沉淀。如MgCO3与NaOH溶液反应可生成Mg(OH)2沉淀，其离子方程式为MgCO3＋2OH－===Mg(OH)2＋CO2－3。2．生成弱电解质(1)生成水：如KOH溶液与HNO3溶液反应的离子方程式为OH－＋H＋===H2O。(2)生成其他弱电解质①强酸生成弱酸：如H2SO4与CH3COONa溶液反应的离子方程式为CH3COO－＋H＋===CH3COOH。②强碱生成弱碱：如NH4Cl溶液与NaOH溶液反应的离子方程式为NH＋4＋OH－===NH3·H2O。③水解反应：如CH3COONa水解的离子方程式为CH3COO－＋H2OCH3COOH＋OH－。3．生成气体(1)Na2CO3溶液与足量盐酸反应的离子方程式为CO2－3＋2H＋===H2O＋CO2↑。(2)浓NH4Cl溶液与浓NaOH溶液共热时的离子方程式为NH＋4＋OH－=====△NH3↑＋H2O。4．发生氧化还原反应(1)非电化学原理的氧化还原反应①向CuSO4溶液中加入锌片：Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu。②FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。③向FeCl2溶液中加入酸性KMnO4溶液：5Fe2＋＋MnO－4＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。(2)原电池、电解池反应①原电池反应如铜锌原电池的电极反应和电池反应可表示为负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu，电池反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。②电解池反应如氯碱工业中电解饱和食盐水的反应为阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解反应：2Cl－＋2H2O=====通电H2↑＋2OH－＋Cl2↑。离子反应的四种类型(1)复分解反应①生成难溶物或微溶物。②生成弱电解质常见与H＋结合的弱酸根离子有：F－、ClO－、S2－、HS－、SO2－3、HSO－3、PO3－4、HPO2－4、H2PO－4、CO2－3、HCO－3、CH3COO－、[Al(OH)4]－、SiO2－3等；常见与OH－结合的弱碱阳离子有：NH＋4、Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、Zn2＋、Cu2＋等。(2)氧化还原反应①MnO－4(H＋)与Cl－、Br－、I－、S2－、HS－、SO2－3、HSO－3、Fe2＋等。②NO－3(H＋)与Br－、I－、S2－、HS－、SO2－3、HSO－3、Fe2＋等。③ClO－与Br－、I－、S2－、HS－、SO2－3、HSO－3、Fe2＋等。④Fe3＋与I－、S2－、HS－、SO2－3、HSO－3等。(3)水解互促①Al3＋与CO2－3、HCO－3、S2－、HS－、SiO2－3、[Al(OH)4]－、ClO－等。②Fe3＋与CO2－3、HCO－3、SiO2－3、[Al(OH)4]－、ClO－等。③Mg2＋与S2－、HS－、[Al(OH)4]－、SiO2－3等。④NH＋4与[Al(OH)4]－、SiO2－3等。(4)络合反应如Fe3＋与SCN－生成Fe(SCN)3；Ag＋与NH3·H2O生成[Ag(NH3)2]＋。例1下列离子组中，因发生氧化还原反应而不能大量共存的是()A．Fe3＋、NH＋4、CH3COO－、Cl－B．Ba2＋、Na＋、SO2－4、Cl－C．H＋、NO－3、SO2－3、Na＋D．HCO－3、OH－、Cl－、Ca2＋答案C解析A项，Fe3＋和CH3COO－因发生较彻底的水解而不能大量共存；B项，因Ba2＋和SO2－4产生沉淀而不能大量共存；C项，NO－3在有大量H＋存在的情况下具有强氧化性，SO2－3具有强还原性，因发生氧化还原反应而不能大量共存；D项，OH－与HCO－3反应生成CO2－3和H2O，CO2－3又会与Ca2＋反应生成沉淀。考点离子反应题点限定条件下水溶液中离子能否大量共存的判断思维启迪“NO－3＋H＋”和“水解促进”型在离子共存判断时注意的问题(1)NO－3与还原性离子在碱性条件下能大量共存，在酸性条件下不能大量共存。(2)与活泼金属反应放出H2的溶液条件下，该溶液可能是酸性、碱性两种情况，但若是酸性条件，则溶液中不能大量存在NO－3。(3)NH＋4与CH3COO－、CO2－3、HCO－3，Mg2＋与HCO－3等组合，在水溶液中可以大量共存。例2常温下，下列各组离子一定能在指定溶液中大量共存的是()A．使酚酞变红色的溶液中：Na＋、Al3＋、SO2－4、Cl－B．[OH－]＝1×10－13mol·L－1的溶液中：NH＋4、Ca2＋、Cl－、NO－3C．与Al反应能放出H2的溶液中：Fe2＋、K＋、NO－3、SO2－4D．水电离的[H＋]＝1×10－11mol·L－1的溶液中：K＋、Na＋、[Al(OH)4]－、CO2－3答案B解析A项，使酚酞变红色的溶液显碱性，而Al3＋在碱性条件下不能大量存在；B项，溶液的pH＝1，各离子之间不发生反应，可以大量共存；C项，与铝反应放出氢气的溶液可能显酸性也可能显碱性，若溶液显碱性，亚铁离子不能大量存在，若溶液显酸性，Fe2＋和NO－3不能大量共存；D项，该溶液可能显酸性也可能显碱性，如果显酸性，不能大量存在。考点离子反应题点限制条件下水溶液中离子能否大量共存的判断思维启迪——几种常见隐含条件的使用(1)“无色”溶液：有色离子如MnO－4、Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋等不能大量存在。(2)“透明”溶液：“透明”也可“有色”。(3)“pH＝1”或“pH试纸变红”或“石蕊溶液变红”的溶液：溶液显酸性。(4)“pH＝13”或“pH试纸变蓝”或“酚酞溶液变红”的溶液：溶液显碱性。(5)“水电离出的[H＋]＝10－a(a＞7)mol·L－1”或“与Al反应放出H2”或“与HCO－3反应”的溶液：溶液显酸性或碱性。(6)“因发生氧化还原反应而不能大量共存”的溶液：只能是氧化性离子和还原性离子不能大量共存，不包括发生其他反应的离子。例3下列反应的离子方程式正确的是()A．氢氧化钠溶液中通入少量二氧化硫：SO2＋OH－===HSO－3B．碳酸氢钠溶液与足量氢氧化钡溶液混合：HCO－3＋Ba2＋＋OH－===BaCO3↓＋H2OC．盐酸滴入氨水中：H＋＋OH－===H2OD．碳酸钙溶解于稀硝酸中：CO2－3＋2H＋===CO2↑＋H2O答案B解析A项，因SO2少量，生成Na2SO3，反应式为SO2＋2OH－===SO2－3＋H2O；B项正确；C项，NH3·H2O是弱碱，难电离，不能拆开，反应式为H＋＋NH3·H2O===NH＋4＋H2O；D项，CaCO3为难溶物质，不能拆开，其反应式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O。考点离子反应题点离子反应方程式的正误判断思维启迪——“过量型”离子方程式的书写方法(少定多变法)如过量NaOH溶液与Ca(HCO3)2溶液反应。其步骤是：(1)按照组成比例写出不足物质参加反应的离子。Ca2＋与HCO－3的比例为1∶2。(2)过量物质的离子满足不足离子需要，OH－系数为2，满足2HCO－3。因此可得离子反应方程式为2HCO－3＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O。相关链接离子方程式的书写与正误判断1．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)氨水写法：氨水作为反应物时写NH3·H2O；作为生成物时，若加热条件或浓度大时写成NH3↑＋H2O，若无加热条件且浓度很稀，写成NH3·H2O。2．离子方程式的正误判断(1)一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：2Na＋Cu2＋===2Na＋＋Cu(错误)；Fe与稀盐酸：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑(错误)。(2)二查化学式拆写是否正确。(3)三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＋＋3H2O===Al(OH)3↓＋3H＋(错误)。(4)四查是否遵循原子守恒、电荷守恒和得失电子守恒。如Fe3＋＋Cu===Fe2＋＋Cu2＋(错误)；Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋Cl－(错误)。(5)五查是否漏掉离子反应。如Ba(OH)2溶液与CuSO4溶液反应，Ba2＋＋SO2－4===BaSO4↓(错误)。(6)六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＋＋SO2－4＋Ba2＋＋OH－===BaSO4↓＋H2O(错误)。(7)七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)八查反应条件的影响。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，CO2－3＋H＋===HCO－3，HCO－3＋H＋===H2O＋CO2↑。稀盐酸中逐滴加入Na2CO3溶液，CO2－3＋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。二、离子反应的应用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。检验离子I－Fe3＋试剂AgNO3溶液，稀HNO3KSCN溶液现象产生不溶于稀HNO3的黄色沉淀生成红色溶液离子反应I－＋Ag＋===AgI↓Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)32.测定溶液中离子的浓度(1)沉淀法：如溶液中的SO2－4，用Ba2＋将其转化为BaSO4沉淀，然后称量沉淀的质量就可求得SO2－4的物质的量及其浓度。(2)酸碱中和滴定：强酸中的H＋浓度可以用已知准确物质的量浓度的强碱溶液滴定的方法求得。(3)氧化还原滴定法：如溶液中MnO－4的浓度可用已知准确浓度的Fe2＋溶液滴定求得。3．物质的制备与纯化(1)氯碱工业生产烧碱和氯气：2Cl－＋2H2O=====通电2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(2)实验室制取CO2发生的离子反应：CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。(3)制高纯度的氯化钠：除去其中少量的SO2－4、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(其他合理答案也可)。(4)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。4．胃酸过多的治疗(1)服用小苏打片(胃溃疡患者慎用)：离子方程式：HCO－3＋H＋===H2O＋CO2↑。(2)服用胃舒平：离子方程式：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。5．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＋H2O===Mg2＋＋2HCO－3；CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋＋2HCO－3。(3)软化方法①加热法：Ca2＋＋2HCO－3=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg2＋＋2HCO－3=====△MgCO3↓＋CO2↑＋H2O。②加沉淀剂法：在硬水中加入