离子反应(二)

官方化学老师·13 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·3 天前
离子方程式电解质反应条件配平依据

离子反应(二)

搞懂离子方程式的拆分逻辑与反应发生条件,配平不用再死记

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离子方程式电解质反应条件配平依据

离子反应(二)

搞懂离子方程式的拆分逻辑与反应发生条件,配平不用再死记

1第 1 页 · 离子反应(二)

酸的电离本质

上页提到酸在水中能电离出 H⁺,但这个 H⁺ 其实是简化写法。真正发生的是质子从酸「移交」给水分子,形成 H₃O⁺。

电离=质子转移
酸分子不「创造」H⁺,而是把质子交给水分子
水合氢离子才是真身
裸质子在水中极不稳定,瞬间被 H₂O 捕获成 H₃O⁺
水不是旁观者
水在电离中扮演主动接收方的角色,不是被动溶剂
强弱酸看转移程度
强酸几乎完全转移,弱酸只转移一小部分且过程可逆
接力赛交接棒对应 →质子从酸到水的转移

跑者(酸)不「凭空变出」接力棒,而是把棒递给下一棒(水);写 H⁺ 就像只写了棒、漏掉了接棒的水

HA+H2OH3O++AHA + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + A^-
2第 2 页 · 酸的电离本质

酸的电离方程式

上页我们看清了酸在水中"散开"的过程——电离。但落到方程里,强酸和弱酸长得完全不一样:一个写"=",一个写"⇌"。这一页,我们把符号规则钉死。

强酸完全电离
产物全部拆成离子,方程用"=",一步到位
弱酸部分电离
酸本身保留分子式,用"⇌"表示可逆过程
多元弱酸分步写
每步独立一个"⇌",一次只脱一个H+,不能合并
酸式盐的拆合
NaHSO4这类强酸酸式盐,酸式酸根要完全拆开
水龙头全开与半开对应 →强酸与弱酸的电离方程

全开=水全流走,写"=";半开=部分流出、部分还留在管里,写"⇌"

HCl=H++ClCH3COOHCH3COO+H+H2CO3H++HCO3HCO3H++CO32HCl = H^+ + Cl^- \\ CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+ \\ H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^- \\ HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}
3第 3 页 · 酸的电离方程式

离子反应

上页把HCl拆成H⁺和Cl⁻,因为它在水中真的'散'了。把这种'散开再组合'的反应用一个更广的概念概括——离子反应。

定义
有离子参加或生成的反应统称为离子反应
反应本质
自由移动的离子之间发生的反应,固体中离子不能自由移动则不算
表示方法
用离子方程式表示,只写实际参加反应的离子,旁观离子不写
书写规则
强电解质拆成离子;气体、沉淀、弱电解质、水保留化学式
典型应用
判断离子共存、离子检验、离子除杂、反应定量计算
市场成交清单对应 →离子方程式

只记真正成交的离子对,旁观离子不写入清单

Ag++Cl=AgClAg^+ + Cl^- = AgCl\downarrow
4第 4 页 · 离子反应

离子方程式

水溶液中发生了离子反应——这是『发生了什么』。今天要问:『怎么把它精炼地写下来?』这就需要『离子方程式』登场。

定义
用离子符号与化学式表示水溶液中电解质之间反应的方程式
拆分原则
强电解质拆成离子;弱电解质、气体、沉淀、单质保留化学式
两个守恒
左右两边原子种类与个数相等,且总电荷数相等、电性相同
约简旁观离子
方程式两边相同的 spectator ion 必须删去
典型应用
水溶液中的复分解、氧化还原反应以及离子检验
聚会的礼物交接清单对应 →离子方程式

只记录送出与收到礼物的双方,围观的旁观者不写进去

$$\text{HCl}+\text{NaOH}\to\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}$$ $$\text{H}^++\text{OH}^-\to\text{H}_2\text{O}$$
5第 5 页 · 离子方程式

旁观离子

写离子方程式时,我们只保留了真正发生变化的离子。那没写进方程式的离子去哪了?它们没消失,而是安安静静地"看"完了整场反应——这就是旁观离子。

概念
反应前后化学形式不变的离子,在溶液中存在但不参与反应
判定
方程式两边都出现、且形式相同的离子即为旁观
意义
删去旁观离子,离子方程式才能一眼看到反应本质
延伸
若反应中变成弱电解质、气体、水或沉淀,该离子实际参与反应,不算旁观
球场看台上的观众对应 →旁观离子

球员在场上比赛(反应离子真正参与),观众只看不踢(离子形式不变)

6第 6 页 · 旁观离子

难溶沉淀

前页我们留下了'旁观离子',不参与反应。但反应里另一类'主角'——被从溶液中彻底'请出去'的难溶沉淀,正好与它形成对照。

难溶的界定
20℃溶解度小于0.01g,水中能自由移动的离子极少
方程式中不拆分
写完整化学式,与水、气体并列作为产物
沉淀条件 Q>Ksp
离子积Q超过溶度积Ksp时,多余离子以固体析出
典型应用
检验(Ag⁺用Cl⁻)、分离(除SO₄²⁻)、去除杂质离子
电影院售票入场对应 →Ksp 控制沉淀

座位=Ksp,售票>座位时多出的人只能站在门外(=沉淀)

Q=c(Ag+)c(Cl)>Ksp(AgCl)Q = c(\text{Ag}^+) \cdot c(\text{Cl}^-) > K_{sp}(\text{AgCl})
7第 7 页 · 难溶沉淀

离子方程式书写步骤

上页我们认识了旁观离子——它在反应前后「原地不动」。但拿到一个化学方程式,究竟哪一步该拆、哪一步该删?化学家归纳成四个字:写、拆、删、查。

先写出完整化学方程式,标好沉淀↓、气体↑、反应条件
强电解质(强酸强碱可溶盐)拆成离子;弱电解质、气体、沉淀、水、单质保留分子式
删去方程式两边完全相同的离子,即旁观离子
检查原子种类数目守恒,且左右电荷总数相等
编辑一张合照对应 →离子方程式书写四步

拍完整照(写)→ 标谁是主角(拆)→ 裁掉路人(删)→ 检查画面(查)

8第 8 页 · 离子方程式书写步骤

电离模型(阿伦尼乌斯)

前面写过酸的电离方程式:HCl 在水中变成 H⁺ 和 Cl⁻。但阿伦尼乌斯在 1884 年提出一个更深的问题——离子到底在反应时才产生,还是物质一进入水就已经是离子了?

电离自发产生
电解质溶于水时自发拆为带正、负电荷的离子,无需电流或化学反应触发
离子独立存在
拆出的离子不再结合,各自自由移动,独立参与后续反应
仅适用于水溶液
模型限定于电解质的水溶液;熔融、气体放电、非水溶剂不在此范围
解释力有边界
无法解释弱电解质的部分电离,也难以说明非水溶剂导电现象,需后续模型补充
考生入场就座对应 →物质溶于水电离

旧观点以为离子要反应时才生成(像需要时点名);阿伦尼乌斯认为物质一进溶液,离子就已就座、独立存在

NaClNa++Cl\text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^-
9第 9 页 · 电离模型(阿伦尼乌斯)

科学模型

上一页讲的'电离模型',其实就是一种科学模型。我们平时用的地图、原子结构示意图……都算模型——不是真东西,但能帮你理解真东西。

模型的本质
抓住事物关键特征的简化表达,不是现实的复制品
模型的来源
从大量实验现象中归纳共性,再抽象成可预测的框架
模型的边界
只在特定条件/范围内有效,超出适用范围会'失灵'
模型的进化
新现象出现时,旧模型被修正或被新模型替代
地铁线路图对应 →科学模型

把弯曲线路拉直、丢掉距离比例,但保留了'哪站能换乘哪站'这种关键关系

10第 10 页 · 科学模型

离子

盐酸电离时会出现 H+ 和 Cl−;前一页的旁观离子能留在溶液里,也正因离子可以迁移。究竟什么样的微粒叫“离子”?

离子的定义
原子或原子团得失电子后,形成带正电或负电的微粒
电子数与电荷
失去 n 个电子带 n 个正电荷,得到 n 个电子则带 n 个负电荷
离子符号规则
电荷数写在右上角;电荷为 1 时省略数字,但正负号保留
溶液中的角色
离子可在电场下定向移动并传递电荷,也能在溶液中相遇反应
水合氢离子
H+ 会与水结合,主要简化表示为 H3O+,并非孤立质子
银行卡余额对应 →离子的电荷

中性原子像余额为零;转出电子后“结余”为正,转入后为负,原子核像账户身份,始终不变

H++H2OH3O+\mathrm{H^+ + H_2O \rightarrow H_3O^+}
11第 11 页 · 离子

本节要点

  • 电离是水合过程,不只是化学键断裂
  • 离子方程只写参与者,旁观离子须剔除
  • 沉淀、气体、水保留化学式——它们非自由离子
  • 阿伦尼乌斯模型仅适用水溶液,强弱电解质须区分
  • 科学模型是简化工具,边界外须修正
延伸主题:强弱电解质的区分水合离子的实际行为离子方程式的配平与检验
12第 12 页 · 本节要点

课后思考

先自己想,再看参考答案;想不出也没关系,问题比答案重要。

1为什么盐酸和醋酸的电离方程式不同,但都能与镁反应?背后本质是什么?

参考答案强酸完全电离、弱酸部分电离,溶液中都有 H⁺ 与镁反应;本质是 H⁺ 被还原,与酸的强弱无关。

2Na₂CO₃ 溶液与稀盐酸反应时,CO₃²⁻ 在离子方程式中写离子形式还是化学式?为什么?

参考答案取决于谁过量。CO₃²⁻ 过量时写离子形式;盐酸过量时 CO₃²⁻ 已耗尽,必须写化学式。

3如果某"旁观离子"实际会影响反应速率或平衡,它还算旁观离子吗?暴露了电离模型的什么局限?

参考答案严格说就不算了。"旁观"是模型的简化,忽略了离子强度、离子氛等作用,承认局限才能用对模型。

13第 13 页 · 课后思考