离子反应(一)

官方化学老师·14 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·3 天前
电离方程式电解质离子共存强弱边界

离子反应(一)

从物质分类到电离和离子反应,把第一章的概念边界、易错点和判断方法一次讲透

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电离方程式电解质离子共存强弱边界

离子反应(一)

从物质分类到电离和离子反应,把第一章的概念边界、易错点和判断方法一次讲透

1第 1 页 · 离子反应(一)

判断物质是否属于电解质

金属能导电是常识,但把食盐融化或溶于水,溶液和融液也能导电——为什么「化合物」也能导电?关键就在于它算不算电解质。

定义
在水溶液或熔融状态下能导电的化合物
范围限定
单质(如金属Cu)和混合物既不是电解质也不是非电解质
导电本质
化合物自身能电离出自由移动的离子,这才是导电的根本
经典陷阱
CO2、SO2、NH3溶于水导电≠它们是电解质,导电的是H2CO3、H2SO3、NH3·H2O
反直觉边界
BaSO4、AgCl虽难溶,但溶解部分完全电离,仍是强电解质
鱼走哪都能游对应 →电解质在溶液/熔融态都能导电

根源在'自身'——鱼天生会游、化合物本身能电离;CO2溶于水导电的其实是H2CO3,CO2本身并非电解质

2第 2 页 · 判断物质是否属于电解质

书写电离方程式

书写电离方程式:定义、要点与典型应用

书写电离方程式
书写电离方程式:定义、要点与典型应用
3第 3 页 · 书写电离方程式

从电离角度判断酸

上一页我们写了 HCl、NaOH 这些物质的电离方程式。从方程式你能看到一个区别——酸电离出来的阳离子只有 H⁺,而碱是只有 OH⁻。这个「唯一性」就是我们判断酸的关键线索。

酸的离子定义
在水溶液中电离出的阳离子全部是 H⁺ 的电解质
判断三要素
① 是电解质 ② 溶于水 ③ 阳离子只有 H⁺(不能有别的)
典型酸的电离
HCl→H⁺+Cl⁻;HNO₃→H⁺+NO₃⁻;CH₃COOH⇌CH₃COO⁻+H⁺
关键边界:NaHSO₄
电离出 Na⁺ 和 H⁺ 两种阳离子,按此定义不属于酸(属盐)
只卖甜食的窗口对应 →只电离 H⁺ 的酸

只要还卖一份别的,就不叫「只卖甜食」——阳离子必须「纯净」到只有 H⁺

HAH++AHA \rightarrow H^+ + A^-
4第 4 页 · 从电离角度判断酸

书写离子方程式

上页的电离方程式只写一种物质怎么拆。但两种溶液混合时,真正'动手反应'的只是少数离子。离子方程式就是只记录'真正动手者'的式子。

定义
只用实际参加反应的离子表示化学反应的式子
拆的原则
强电解质且易溶于水才拆成离子形式
书写步骤
写→配→平→删→查,五步缺一不可
不拆的情况
沉淀、气体、弱电解质、单质、氧化物保留化学式
活动签到表对应 →离子方程式

只记实际到场者(真正反应的离子),旁观者(未反应的离子)不写

Ag++Cl=AgCl\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- = \text{AgCl}\downarrow
5第 5 页 · 书写离子方程式

用微观粒子观点解释导电性

前几页我们写出了电离方程式:NaCl 变成 Na⁺ 和 Cl⁻。电离出来的离子在水中能自由移动——这正是溶液能导电的微观起点。

导电本质
存在可自由定向移动的带电粒子,是导电的唯一前提
电解质导电
溶于水或熔融时电离出自由离子,离子定向移动形成电流
金属导电对比
靠自由电子定向移动,载流子是电子而非离子
不导电原因
固体电解质离子被晶格束缚,共价化合物如蔗糖不电离
水在水管中定向流动对应 →电解质溶液导电

自由水分子对应自由离子,水压对应电场,水流对应电流

6第 6 页 · 用微观粒子观点解释导电性

电解质

上节我们发现:化合物溶于水或熔化时会电离出离子,有的能导电、有的不能。这页我们就给「能导电的化合物」画张精确的像——它的身份证上究竟写了什么?

定义
在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物
必须为化合物
单质(如 Cu)和混合物(如 盐酸)不属于电解质
导电本质
自身电离出自由移动的离子;不是电子定向移动
条件用「或」
水溶液、熔融状态满足其一即可,不必两者兼具
强弱之分
完全电离为强电解质,部分电离为弱电解质
停车场里的车上高速对应 →电解质电离导电

固体电解质像停车场里的车不能跑;溶于水或熔融像「开上高速」,离子才能自由移动形成电流

7第 7 页 · 电解质

电离

上页说电解质溶于水或熔化时能导电。为什么?因为这些物质里早就有离子,只是被晶格锁住动不了。一旦溶于水或受热熔化,束缚被打破,离子获得自由——这个解放离子的过程就叫电离。

定义
电解质溶于水或受热熔化时,离解成自由移动的离子
条件
二选一即可:溶于水,或受热熔化
本质
产生「自由移动」的离子,而非产生电子
两种情形
水溶液电离(如NaCl溶于水)和熔融电离(如NaCl熔化)
作用
是书写电离方程式、判断电解质的前提步骤
手拉手站成一排的小朋友对应 →电离前后的离子

手拉手=晶格中离子被束缚不能自由移动;松手自由活动=电离后离子获得自由可导电

NaClNa++ClNaCl \xrightarrow{\text{水}} Na^+ + Cl^-
8第 8 页 · 电离

电离方程式

氯化钠在水中几乎100%电离,醋酸只有约1%电离——凭什么一个写'=',另一个写'⇌'?这一页把电离方程式的规则和用途讲透。

定义
用离子符号和化学式表示电解质在水溶液或熔融状态下电离的式子
符号选择
强电解质用'='(完全电离);弱电解质用'⇌'(仍以分子为主)
两条守恒
电荷守恒(左右总电荷相等)+ 原子守恒(元素原子数不变)
典型应用
辨析强弱电解质、判断酸碱盐、推断离子能否大量共存
乐团解散对应 →电离过程

乐团(电解质)解体后乐手(离子)自由走动;全解散用'=',只走部分用'⇌'

NaCl=Na++ClCH3COOHCH3COO+H+\text{NaCl}=\text{Na}^++\text{Cl}^-\quad\text{CH}_3\text{COOH}\rightleftharpoons\text{CH}_3\text{COO}^-+\text{H}^+
9第 9 页 · 电离方程式

水合离子

上一页讲到「自由移动的离子」能导电。但溶液里的离子其实从不「裸奔」——它被一圈水分子簇拥着走,像被保镖围着的名人。这圈水分子不是装饰,而是离子能在水中稳定存在的关键。

水合离子
离子溶于水后,被水分子通过离子-偶极作用包裹形成的整体
取向有规律
阳离子吸引水分子的氧端靠近;阴离子吸引水分子的氢端靠近
本质是静电作用
离子带电、水分子有极性,正负相吸比一般分子间作用力更强
离子从不裸奔
溶液中离子始终带着水合外衣;写离子方程式时省略仅是书写约定,不代表真实状态
名人被保镖簇拥对应 →离子被水分子包围

保镖按方向围在名人四周,名人到哪跟到哪;离子也一样,水分子按正负定向结合、从不分离

[Na(H2O)6]+[\text{Na}(\text{H}_2\text{O})_6]^+
10第 10 页 · 水合离子

电解质溶液的导电性

上页说溶液里有自由移动的离子就能导电。这页继续追问:不同电解质溶液导电能力一样吗?背后又由什么决定?

导电本质
溶液中自由移动的离子在外加电场下定向移动,形成电流
影响因素
离子浓度越大、电荷数越多,导电能力越强
强弱差异
等浓度时强电解质完全电离,导电性远强于弱电解质
典型应用
电镀、电解冶炼、蓄电池都依赖溶液导电
马路上的车流对应 →溶液中的离子流

车多且宽则车流大,对应离子多则电流强

Λm=κ/c\Lambda_m = \kappa / c
11第 11 页 · 电解质溶液的导电性

熔融电解质的导电性

前面讲了电解质溶液靠水把离子「解放」出来导电。其实高温熔融也能让离子获得自由——离子键在高温下被打破,阴阳离子在熔体里自由移动,导电本质与溶液完全相同。

定义
离子化合物受热熔化后,阴阳离子摆脱晶格束缚而自由移动,形成导电现象
导电粒子
仍是离子而非电子,是与金属导电的根本区别(离子导电 vs 电子导电)
与水溶液导电对比
相同:都靠自由移动的离子;不同:熔融态无水合作用,离子在高温熔体中迁移
应用:电解熔融NaCl
2NaCl(熔融) 电解→ 2Na + Cl₂↑,工业制钠的唯一方法(水溶液不行,Na会与水反应)
应用:电解熔融Al₂O₃
加冰晶石(Na₃AlF₆)作助熔剂降低熔点,电解制铝(霍尔-赫鲁特法)
春运火车站对应 →固态→熔融态离子

闸机只出不进=晶格束缚(固态);闸机全开=离子自由穿梭(熔融态)

2NaCl(熔融)电解2Na+Cl22\text{NaCl}(\text{熔融}) \xrightarrow{\text{电解}} 2\text{Na} + \text{Cl}_2\uparrow
12第 12 页 · 熔融电解质的导电性

本节要点

  • 判断电解质看化合物自身能否电离,与导电性无因果关系
  • 强电解质完全电离用=,弱电解质部分电离用⇌,多元弱酸须分步
  • 酸的现代定义:电离出的阳离子全部为H⁺
  • 离子方程拆写:强电解质拆,弱电解质/气体/沉淀/水保留
  • 导电本质是自由移动的离子;溶液中离子以水合形式存在
延伸主题:离子反应(二):离子共存判断盐类水解的离子方程式强弱电解质的定量区分
13第 13 页 · 本节要点

课后思考

想完了再往下看——三个问题,分别对应「回顾、应用、迁移」。

1导电的本质是什么?为什么电解质溶液和熔融电解质都能导电,而固态时不行?

参考答案本质都是「自由移动的离子」定向移动。固态时离子被晶格束缚,无法自由移动,所以不导电。

2醋酸与盐酸都能和镁粉反应放出氢气,但两者写出的离子方程式却不相同。为什么?

参考答案盐酸完全电离,HCl 拆成 H⁺ 和 Cl⁻;醋酸是弱电解质,CH₃COOH 保留化学式。差别就在「强 vs 弱」——决定能不能拆开写。

3CO₂ 的水溶液能导电,为什么 CO₂ 还是非电解质?你能再举出两个类似例子吗?

参考答案因为 CO₂ 溶于水生成 H₂CO₃,导电的是 H₂CO₃ 电离出的离子,CO₂ 本身不电离,所以是非电解质。类似例子:SO₂、NH₃、SO₃。

14第 14 页 · 课后思考