师:同学们好,这节课我们学习离子反应。首先来看学习目标:从宏观、微观等多角度认识离子反应,归纳离子反应发生的条件,能用离子方程式表示离子反应;认识离子反应的本质,掌握拆分规则,能用离子反应规律解决实际问题。
下面,我们通过实验一研究什么是离子反应。向盛有两毫升硫酸钠溶液的试管中加入两毫升氯化钡溶液,反应的化学方程式为:氯化钡与硫酸钠反应生成氯化钠和硫酸钡沉淀。实验现象是产生白色沉淀。那么,混合前滴管和试管内澄清溶液中有什么离子,反应后溶液中还剩下什么离子?我们用微观示意图辅助分析。
硫酸钠电离成钠离子和硫酸根离子,氯化钡电离成钡离子和氯离子,反应后溶液中只剩下钠离子和氯离子。混合后试管中的白色沉淀是什么物质,又是怎么形成的呢?结合反应的实物图和微观结构示意图可知,混合后生成的白色沉淀是硫酸钡,它是由钡离子与硫酸根离子反应生成的。像这种用离子符号表示离子反应的式子叫离子方程式。有离子参加的反应,我们称为离子反应。从本质上来说,离子反应是反应前后某些离子的浓度发生明显改变。
通过实验一可知,能够生成沉淀的离子反应一定可以发生。那么,还有没有其他条件能让离子反应一定发生呢?我们来看实验二。向盛有两毫升氢氧化钠稀溶液的试管中滴入几滴酚酞,再用滴管慢慢滴加盐酸,直至溶液恰好变色为止。这个过程中发生了什么变化?我们先用微观结构示意图分析。
试管内的氢氧化钠和滴管内的盐酸分别电离成钠离子、氢氧根离子、氢离子和氯离子。反应后试管内只有钠离子和氯离子。从反应前后离子的变化可以看出,实际上发生反应的是氢离子与氢氧根离子反应生成水。这个过程中,氢氧化钠遇到酚酞溶液显红色,随着盐酸与氢氧化钠中氢氧根离子的反应,碱性逐渐减弱直至消失,溶液的红色也逐渐变浅。真实的实验结果与预测高度一致。
由此可见,生成难电离的物质,比如水,这样的离子反应也一定能够发生。除了这两个条件,还有没有其他条件能使离子反应一定发生呢?我们看看实验三。向盛有两毫升碳酸钠溶液的试管中滴加盐酸。结合微观示意图,盐酸电离成氢离子和氯离子,碳酸钠溶于水电离成钠离子和碳酸根离子,混合之后溶液中只剩下钠离子和氯离子。从前后对比来看,实际发生反应的是氢离子与碳酸根离子,它们反应生成了二氧化碳气体和水。真实的实验结果确实能观察到有大量气泡产生。这个实验说明,生成气体的反应,比如二氧化碳气体、二氧化硫气体、硫化氢气体等,都可以使离子反应发生。
从前面三个实验可以总结出,要使离子反应一定能够发生,只需满足以下三个条件中的一个:要么生成沉淀,要么生成难电离的物质,要么生成气体。那么,一些离子混合在一起,它们能不能大量共存呢?其实也是利用离子反应发生的条件来判断。这些离子如果能发生反应,就会进行反应;如果不能发生反应,就能够大量共存。
我们来看下面的例题:下面各组离子能够在溶液中大量共存的是?
A 选项,钾离子、氢离子、硫酸根离子、氢氧根离子。它们混合时,氢离子和氢氧根离子能够发生反应生成水,所以 A 选项这些离子不能大量共存。
B 选项,钠离子、钙离子、碳酸根离子、硝酸根离子。它们混合时,钙离子和碳酸根离子能够反应生成碳酸钙沉淀,所以这些离子也不能大量共存。
C 选项,钠离子、氢离子、氯离子、碳酸根离子。氢离子和碳酸根离子能够发生反应,生成水和二氧化碳气体,所以这些离子同样不能大量共存。
D 选项,钠离子、铜离子、氯离子、硫酸根离子。由于这些离子之间相互不能反应,所以可以大量共存。
因此,离子反应发生的条件有两个方面的功能:第一,可以判断一些离子之间能不能发生反应以及如何反应;第二,还能判断一组离子能不能大量共存。
我们再看酸和碱反应的离子方程式。盐酸与氢氧化钠溶液反应,是盐酸电离出的氢离子与氢氧化钠溶液电离出的氢氧根离子反应生成水;硫酸与氢氧化钾的反应,是硫酸电离出的氢离子与氢氧化钾电离出的氢氧根离子生成水;硝酸与氢氧化钡反应,是硝酸电离出的氢离子与氢氧化钡电离出的氢氧根离子发生反应。
从这三个酸碱中和反应的离子方程式可以发现,从离子反应的角度来说,强酸和强碱的中和反应,其实质就是酸电离出的氢离子与碱电离出的氢氧根离子反应生成水。通过这几个离子方程式,我们也能得出离子反应具有特殊意义:首先,它能够表示一个具体化学反应的本质;其次,它能够表示同一类型的化学反应。
既然离子方程式这么重要,那么怎样正确书写离子方程式呢?第一种方法是化学方程式改写法,一般分四个步骤。
第一步,写出正确的化学方程式。以硫酸钠和氯化钡的反应为例,化学方程式为:硫酸钠与氯化钡反应生成氯化钠和硫酸钡沉淀。
第二步,把易溶于水、易电离的物质拆写成离子形式。硫酸钠能拆成两个钠离子和一个硫酸根离子,氯化钡能拆成一个钡离子和两个氯离子,氯化钠能拆成钠离子和氯离子。拆完之后的方程式写成:两个钠离子 + 硫酸根离子 + 钡离子 + 两个氯离子 = 两个钠离子 + 两个氯离子 + 硫酸钡沉淀(硫酸钡不能拆)。
第三步,删去方程式两边相同的离子,比如方程式两边的两个钠离子和两个氯离子就可以删除。
第四步,检查删除完之后的离子方程式,左右原子个数是否相等,电荷是否平衡。对于这个方程式,左右钡离子、硫离子、氧离子的个数一样。左边钡离子带两个正电荷,硫酸根离子带两个负电荷,电性相抵消;右边硫酸钡是电中性的,所以电荷也守恒。
这就是离子方程式书写的第一种方法——化学方程式改写法。我们还可以用离子组分析法。
离子组分析法分三步。首先,分析反应物的存在形式。比如硫酸钠溶于水电离成两个钠离子和一个硫酸根离子,氯化钡溶于水电离成一个钡离子和两个氯离子。
然后,用交叉分析的方法判断哪些离子之间能够反应。钠离子和钡离子不能反应,钠离子和氯离子不能反应,硫酸根离子和钡离子能够反应,硫酸根离子和氯离子不能反应。所以,交叉分析判断之后可以写出:钡离子 + 硫酸根离子 = 硫酸钡沉淀。
