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正确书写离子方程式既是化学学习的基本技能之一,也是化学高考每年必考的热点。中学化学教学中,教师都会花相当的力气对学生进行反复训练,绝大多数同学对常见离子方程式的书写达到了“轻车熟路”的地步,但也有不少同学对与量有关的离子方程式的书写不能掌握要领,这主要是对与量有关的离子反应类型不清,没有从本质上理解离子方程式的内涵。
准确书写与量有关的离子反应方程式关键有两点:一是要学会对与量有关的离子反应进行分类,不同的离子反应类型有着不同的特点,也有着相对应的书写方法;二是理解不同类型离子反应的本质,明确“离子反应方程式是用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子”,这包含了两层意思:(1)定性角度,参加反应的离子种类全部要写出,溶液中其他不参加反应的离子不写出;(2)定量角度,离子方程式中参加反应的各离子的计量系数与实际参加反应的离子物质的量之比一致。与量有关的离子反应是指反应体系中有两种或两种以上离子反应发生的情况,我们可以归为3种基本类型。下面我们通过具体实例逐一来谈谈书写方法。
一、有多个离子反应同时发生,但不同步完全反应
以NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液反应为例,NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合时会同时发生Ba2++SO==BaSO4↓和H++OH-==H2O两个离子反应,反应体系中存在着当Ba2+恰好完全沉淀时,OH-没有完全反应;而当OH-完全反应时,SO没有完全反应的情况。我们把这种类型称为同时发生但不同步完全反应,这类离子方程式反应的方程式书写有2种情况。
1. 半定量
例1. 向NaHSO4溶液加入少量Ba(OH)2溶液
分析:此反应是过量的NaHSO4与少量Ba(OH)2反应,少量的一方Ba(OH)2完全反应,即由Ba(OH)2电离出Ba2+和OH-均完全反应,而Ba2+和OH-来源于Ba(OH)2的电离,其物质的量之比为1∶2,再根据Ba2+和SO42-、H+和OH-均以物质的量之比为1∶1,可迅速写出该反应的离子方程式为:Ba2++2OH-+SO+2H+=BaSO4↓+2H2O。
例2. 向NaHSO4溶液加入足量Ba(OH)2溶液
分析:此反应是过量的Ba(OH)2与少量NaHSO4反应,少量的一方NaHSO4应完全反应,即由NaHSO4电离出H+和SO均完全反应,而H+和SO来源于NaHSO4的电离,其物质的量之比为1∶1,同样方法,可迅速写出该反应的离子方程式为:H++SO+OH-+Ba2+==BaSO4↓+H2O。
归纳:此类离子方程式的书写可表述为“来源于少一方的离子在离子方程式中的计量系数比与所来源的物质中离子个数比一致”。其本质是来源少量的一方的离子能完全反应。
2. 定量
例3. 向10mL0.1mol·L-1NaHSO4溶液加入6mL 0.1mol·L-1 Ba(OH)2溶液
分析:该反应是NaHSO4与Ba(OH)2以物质的量之比5∶3的反应(见图1)。
从图1分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5H++3SO+5OH-+3Ba2+==3BaSO4↓+5H2O。
二、有多个离子反应发生,但有先后顺序
以Cl2通入FeBr2溶液反应为例,Cl2通入FeBr2溶液时,Cl2既能氧化溶液中的Fe2+,也能氧化溶液中的Br-,但由于还原性Fe2+>Br-,Cl2应先氧化溶液中的Fe2+再氧化Br-,这就导致了通入Cl2的量不同,发生反应的离子方程式不同。
1. 半定量
例4. 向FeBr2溶液通入少量Cl2
分析:通入Cl2量少,只能氧化Fe2+,即先反应的离子发生反应,后反应的离子不反应,反应的离子方程式为:Cl2+2Fe2+== 2Fe3++2Cl-。
例5. 向FeBr2溶液通入足量Cl2
分析:Cl2过量,能将溶液中Fe2+和Br-全部氧化,又溶液中Fe2+和Br-均来源于FeBr2的电离,因此,离子方程式中Fe2+和Br-的计量系数比为1:2,反应的离子方程式为: 2Fe2++4Br-+3Cl2 ==2Fe3++2Br2+6Cl-(Cl2的量根据Fe2+和Br-确定)。
2. 定量
例6. 向10mL1mol·L-1FeBr2溶液通入标状况下的0.28 LCl2
分析:该反应是Cl2与FeBr2以物质的量之比5∶4发生的氧化还原反应,Cl2先将溶液中Fe2+氧化,多余的Cl2再用于氧化Br-(见图2)。
从图2分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5Cl2+4Fe2++6Br- ==4Fe3++3Br2+10Cl-。
三、过量的反应物能与生成物反应
以NaOH溶液逐滴加入到AlCl3溶液中反应为例,NaOH溶液逐滴加入AlCl3溶液时,OH-与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀,当NaOH溶液过量,过量的Naoh溶液又会溶解Al(OH)3生成AlO,导致加入NaOH溶液的量不同,发生反应的离子方程式不同。
1. 半定量
例7. 向AlCl3溶液加入少量NaOH溶液
分析:加入NaOH溶液的量少,只能将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,反应的离子方程式为:Al3++3OH- ==Al(OH)3↓。
例8. 向AlCl3溶液加入过量NaOH溶液
分析:NaOH溶液过量,能将溶液中Al3+完全转化为AlO,反应的离子方程式为:Al3++4OH- ==AlO2-+2H2O(此离子方程式也可表示向NaOH溶液加入少量AlCl3溶液的反应)。
2. 定量
例9. 向5mL 1 mol·L-1 AlCl3溶液中逐滴加入18mL 1 mol·L-1NaOH溶液
分析:该反应是AlCl3与NaOH以物质的量之比5∶18发生的反应,当<<时,Al3+一部分转化为Al(OH)3沉淀,一部分转化为AlO(见图3)。
从图3分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5Al3++18OH-==2Al(OH)3↓+3AlO+6H2O。
与量有关的离子方程式书写看起来较复杂,只要我们学会对不同情况进行分类,理解反应本质,就能快速而准确地写出有关反应的离子方程式。这里需要提醒的是:分类往往是解决复杂问题的第一步,我们要学会从本质上归纳分类,才能有效地解决问题。
准确书写与量有关的离子反应方程式关键有两点:一是要学会对与量有关的离子反应进行分类,不同的离子反应类型有着不同的特点,也有着相对应的书写方法;二是理解不同类型离子反应的本质,明确“离子反应方程式是用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子”,这包含了两层意思:(1)定性角度,参加反应的离子种类全部要写出,溶液中其他不参加反应的离子不写出;(2)定量角度,离子方程式中参加反应的各离子的计量系数与实际参加反应的离子物质的量之比一致。与量有关的离子反应是指反应体系中有两种或两种以上离子反应发生的情况,我们可以归为3种基本类型。下面我们通过具体实例逐一来谈谈书写方法。
一、有多个离子反应同时发生,但不同步完全反应
以NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液反应为例,NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合时会同时发生Ba2++SO==BaSO4↓和H++OH-==H2O两个离子反应,反应体系中存在着当Ba2+恰好完全沉淀时,OH-没有完全反应;而当OH-完全反应时,SO没有完全反应的情况。我们把这种类型称为同时发生但不同步完全反应,这类离子方程式反应的方程式书写有2种情况。
1. 半定量
例1. 向NaHSO4溶液加入少量Ba(OH)2溶液
分析:此反应是过量的NaHSO4与少量Ba(OH)2反应,少量的一方Ba(OH)2完全反应,即由Ba(OH)2电离出Ba2+和OH-均完全反应,而Ba2+和OH-来源于Ba(OH)2的电离,其物质的量之比为1∶2,再根据Ba2+和SO42-、H+和OH-均以物质的量之比为1∶1,可迅速写出该反应的离子方程式为:Ba2++2OH-+SO+2H+=BaSO4↓+2H2O。
例2. 向NaHSO4溶液加入足量Ba(OH)2溶液
分析:此反应是过量的Ba(OH)2与少量NaHSO4反应,少量的一方NaHSO4应完全反应,即由NaHSO4电离出H+和SO均完全反应,而H+和SO来源于NaHSO4的电离,其物质的量之比为1∶1,同样方法,可迅速写出该反应的离子方程式为:H++SO+OH-+Ba2+==BaSO4↓+H2O。
归纳:此类离子方程式的书写可表述为“来源于少一方的离子在离子方程式中的计量系数比与所来源的物质中离子个数比一致”。其本质是来源少量的一方的离子能完全反应。
2. 定量
例3. 向10mL0.1mol·L-1NaHSO4溶液加入6mL 0.1mol·L-1 Ba(OH)2溶液
分析:该反应是NaHSO4与Ba(OH)2以物质的量之比5∶3的反应(见图1)。
从图1分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5H++3SO+5OH-+3Ba2+==3BaSO4↓+5H2O。
二、有多个离子反应发生,但有先后顺序
以Cl2通入FeBr2溶液反应为例,Cl2通入FeBr2溶液时,Cl2既能氧化溶液中的Fe2+,也能氧化溶液中的Br-,但由于还原性Fe2+>Br-,Cl2应先氧化溶液中的Fe2+再氧化Br-,这就导致了通入Cl2的量不同,发生反应的离子方程式不同。
1. 半定量
例4. 向FeBr2溶液通入少量Cl2
分析:通入Cl2量少,只能氧化Fe2+,即先反应的离子发生反应,后反应的离子不反应,反应的离子方程式为:Cl2+2Fe2+== 2Fe3++2Cl-。
例5. 向FeBr2溶液通入足量Cl2
分析:Cl2过量,能将溶液中Fe2+和Br-全部氧化,又溶液中Fe2+和Br-均来源于FeBr2的电离,因此,离子方程式中Fe2+和Br-的计量系数比为1:2,反应的离子方程式为: 2Fe2++4Br-+3Cl2 ==2Fe3++2Br2+6Cl-(Cl2的量根据Fe2+和Br-确定)。
2. 定量
例6. 向10mL1mol·L-1FeBr2溶液通入标状况下的0.28 LCl2
分析:该反应是Cl2与FeBr2以物质的量之比5∶4发生的氧化还原反应,Cl2先将溶液中Fe2+氧化,多余的Cl2再用于氧化Br-(见图2)。
从图2分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5Cl2+4Fe2++6Br- ==4Fe3++3Br2+10Cl-。
三、过量的反应物能与生成物反应
以NaOH溶液逐滴加入到AlCl3溶液中反应为例,NaOH溶液逐滴加入AlCl3溶液时,OH-与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀,当NaOH溶液过量,过量的Naoh溶液又会溶解Al(OH)3生成AlO,导致加入NaOH溶液的量不同,发生反应的离子方程式不同。
1. 半定量
例7. 向AlCl3溶液加入少量NaOH溶液
分析:加入NaOH溶液的量少,只能将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,反应的离子方程式为:Al3++3OH- ==Al(OH)3↓。
例8. 向AlCl3溶液加入过量NaOH溶液
分析:NaOH溶液过量,能将溶液中Al3+完全转化为AlO,反应的离子方程式为:Al3++4OH- ==AlO2-+2H2O(此离子方程式也可表示向NaOH溶液加入少量AlCl3溶液的反应)。
2. 定量
例9. 向5mL 1 mol·L-1 AlCl3溶液中逐滴加入18mL 1 mol·L-1NaOH溶液
分析:该反应是AlCl3与NaOH以物质的量之比5∶18发生的反应,当<<时,Al3+一部分转化为Al(OH)3沉淀,一部分转化为AlO(见图3)。
从图3分析中可迅速写出该反应的离子方程式为:5Al3++18OH-==2Al(OH)3↓+3AlO+6H2O。
与量有关的离子方程式书写看起来较复杂,只要我们学会对不同情况进行分类,理解反应本质,就能快速而准确地写出有关反应的离子方程式。这里需要提醒的是:分类往往是解决复杂问题的第一步,我们要学会从本质上归纳分类,才能有效地解决问题。