小化修复了能量水晶后,古灵递给他一本《三国志》。他翻开一看,被一段记载深深吸引:三国时期,诸葛亮在七擒孟获的过程中,蜀军由于误饮哑泉水、个个不能言语,生命危在旦夕。幸得巧遇老叟,指点迷津——饮用万安溪安乐泉水可解毒。终于转危为安,渡过难关。
小化疑惑地问:“哑泉水为何能致哑?万安溪安乐泉水又是什么灵丹妙药呢?”古灵解释道:“原来哑泉水中含有较多的硫酸铜(CuSO₄),人喝了含铜盐较多的水就会中毒。而万安溪安乐泉水中含有较多的碱,铜离子(Cu²⁺)遇氢氧根离子(OH⁻)发生离子反应生成沉淀而失去了毒性。”
小化恍然大悟:“原来离子反应在古代就有应用!那什么是离子反应呢?”古灵说:“电解质在溶液中的反应实质上是离子之间的反应,有离子参加的化学反应称为离子反应。离子反应总是向着某种离子浓度减小的方向进行。注意,不是所有离子浓度都减小。”
古灵又说:“离子反应的发生条件:生成难溶物(沉淀)、气体或难电离物(弱酸、弱碱、水),只要具备上述条件之一,反应就能发生。比如哑泉中的Cu²⁺与安乐泉水中的OH⁻结合生成Cu(OH)₂沉淀,这就是离子反应。难电离物包括弱酸(如CH₃COOH、H₂CO₃)、弱碱(如NH₃·H₂O)和水。”
小化兴奋地说:“那我们来做个实验吧!我想亲眼看看离子反应的发生。”古灵点头:“好!我们先用硫酸钠溶液和氯化钡溶液来探究离子反应的实质。”
古灵准备了两个试管:向盛有2 mL的CuSO₄溶液的试管中加入2 mL的NaCl溶液,无明显现象,没有生成气体、沉淀、水,说明没有发生化学反应;向盛有2 mL的Na₂SO₄溶液的试管中加入2 mL的BaCl₂溶液,产生白色沉淀,说明发生了化学反应,生成了沉淀。
小化仔细观察:“为什么Na₂SO₄和BaCl₂能反应,而CuSO₄和NaCl不能反应呢?”古灵说:“我们来分析一下。Na₂SO₄的电离方程式:Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄²⁻;BaCl₂的电离方程式:BaCl₂ = Ba²⁺ + 2Cl⁻。混合前溶液中所含离子:Na⁺、SO₄²⁻、Ba²⁺、Cl⁻。混合后溶液中剩余离子:Na⁺、Cl⁻。该反应的本质:Ba²⁺与SO₄²⁻发生反应,生成难溶性沉淀BaSO₄↓;而Na⁺与Cl⁻没有发生化学反应。”
古灵补充道:“再看几个例子:(1) Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2NaOH;(2) Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O;(3) Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O。对比反应前后溶液中的离子,这些反应的实质是:物质(电解质)溶于水后电离成为离子,离子之间发生反应生成沉淀或气体或水,而没有参加反应的离子仍存在于溶液中,没有结合生成新物质。”
小化若有所思:“原来离子反应的本质就是离子浓度的减小!那第一块离子之石应该就在这里。”古灵微笑着点头:“没错,你已经掌握了离子反应的概念、本质和发生条件。”
小化拿着第一块离子之石,来到离子方程式的书写试炼场。古灵说:“离子方程式是用实际参加反应的离子符号表示离子反应的式子。书写步骤有四步:写、拆、删、查。我来举个例子——Na₂SO₄溶液和BaCl₂溶液反应。”
古灵一边写一边讲解:“① 写:写出正确的化学反应方程式 Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl;② 拆:把易溶于水、易电离的物质(如强酸、强碱、可溶性盐)写成离子的形式:2Na⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ = BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻;③ 删:将不参加反应的离子从方程式两端等量删去,并将化学计量数化成最简整数比:Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓;④ 查:检查方程式两边各元素的原子个数和电荷总数是否相等。左边:Ba²⁺带2个正电荷,SO₄²⁻带2个负电荷,总电荷为0;右边:BaSO₄↓不带电,总电荷为0,电荷守恒;原子个数也守恒。”
小化点头:“我明白了!那哪些物质可以拆,哪些不能拆呢?”古灵说:“离子方程式中,只有强酸、强碱、可溶性盐可以拆,难溶物、难电离物、气体、氧化物等不能拆。强酸有H₂SO₄、HNO₃、HCl、HBr、HI、HClO₄;强碱有NaOH、Ba(OH)₂、KOH;可溶性盐有钾盐、钠盐、铵盐、硝酸盐、碳酸氢盐等。”
古灵补充:“注意,多元弱酸的酸式盐的酸根离子在离子方程式中不能拆开写,如NaHCO₃溶液中,不能拆成H⁺和CO₃²⁻,应写成HCO₃⁻。还有,Ca(OH)₂微溶,在离子方程式中可不可以拆?需要看情况:表述为‘澄清石灰水’、‘饱和石灰水’、‘Ca(OH)₂溶液’时,可以拆;表述为‘石灰乳’、‘石灰浆’时不可以拆。”
小化拿起笔,按照书写步骤,写出下列反应的离子方程式:(1)铁和稀硫酸反应:Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑;(2)向澄清石灰水中通入少量二氧化碳:Ca²⁺ + 2OH⁻ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O;(3)氧化铜溶于稀盐酸:CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O;(4)稀盐酸和氢氧化镁反应:2H⁺ + Mg(OH)₂ = Mg²⁺ + 2H₂O;(5)烧碱和醋酸反应:OH⁻ + CH₃COOH = CH₃COO⁻ + H₂O。
古灵点头:“很好!你掌握了离子方程式的书写步骤和拆写规则。第二块离子之石归你了。”
小化拿着第二块离子之石,来到离子方程式意义的殿堂。古灵说:“离子方程式不仅可以表示某一个具体的化学反应,还可以表示同一类型的离子反应。比如,Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓,可以表示BaCl₂ + Na₂SO₄ = 2NaCl + BaSO₄↓,也可以表示Ba(NO₃)₂ + Na₂SO₄ = 2NaNO₃ + BaSO₄↓。”
小化点头:“那2H⁺ + CO₃²⁻ = CO₂↑ + H₂O呢?”古灵说:“这个离子方程式可以表示H₂SO₄ + K₂CO₃ = K₂SO₄ + H₂O + CO₂↑,也可以表示2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + H₂O + CO₂↑。这就是离子方程式的意义——表示同一类型的离子反应。”
古灵又说:“我们来做几个思考题。判断下列离子方程式书写是否正确:(1) 2Fe + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂↑,不符合客观事实,铁与酸反应生成Fe²⁺,不是Fe³⁺;(2) Cu + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂↑,不符合客观事实,铜不能与稀酸反应;(3) 氧化铜与盐酸反应:O²⁻ + 2H⁺ = H₂O,物质拆写不正确,CuO不能拆成O²⁻和Cu²⁺;(4) CaCO₃溶于醋酸溶液:CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑,物质拆写不正确,醋酸是弱酸,不能拆成H⁺;(5) Fe³⁺ + Cu = Cu²⁺ + Fe²⁺,电荷不守恒,左边3个正电荷,右边2个正电荷;(6) Fe²⁺ + Cl₂ = Fe³⁺ + 2Cl⁻,离子配比不正确,电荷不守恒;(7) H₂SO₄和Ba(OH)₂溶液反应:H⁺ + SO₄²⁻ + OH⁻ + Ba²⁺ = BaSO₄↓ + H₂O,离子配比不正确,H⁺、SO₄²⁻、OH⁻、Ba²⁺的化学计量数应为2:1:2:1。”
小化总结道:“离子方程式的正误判断要检查四个方面:(1)物质间反应是否符合反应的客观事实;(2)物质拆写是否正确;(3)是否符合原子守恒和电荷守恒;(4)方程式整体的阴、阳离子配比是否正确。”古灵赞许道:“非常准确!第三块离子之石归你了。”
小化集齐了三块离子之石,来到能量水晶的核心。古灵说:“最后一关,判断下列离子方程式的正误。你要仔细检查每一个细节。”
小化看到面前有一组离子方程式:(1) 盐酸与碳酸钡反应:CO₃²⁻ + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O(×);(2) 铝与盐酸反应:Al + 6H⁺ = Al³⁺ + 3H₂↑(×);(3) 硝酸银溶液中加入铜粉:Ag⁺ + Cu = Cu²⁺ + Ag(×);(4) Mg与醋酸溶液反应:Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑(×);(5) 碳酸氢钙溶液与盐酸反应:Ca(HCO₃)₂ + 2H⁺ = Ca²⁺ + 2H₂O + 2CO₂↑(×);(6) 澄清石灰水与盐酸反应:Ca(OH)₂ + 2H⁺ = 2H₂O + Ca²⁺(×);(7) 碳酸钠与氯化钙混合:CO₃²⁻ + Ca²⁺ = CaCO₃↓(√);(8) 稀硫酸与氢氧化钡溶液混合:H⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + OH⁻ = H₂O + BaSO₄↓(×);(9) 氧化铁与稀盐酸混合:Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O(√)。
古灵说:“我来逐一分析。(1) 碳酸钡难溶,不能拆成CO₃²⁻,应写为BaCO₃ + 2H⁺ = Ba²⁺ + H₂O + CO₂↑;(2) 铝与盐酸反应:2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑,电荷不守恒,左边6个正电荷,右边6个正电荷,但原子不守恒,左边2个Al,右边2个Al,正确,但选项写的是Al + 6H⁺,系数错误;(3) 硝酸银与铜反应:2Ag⁺ + Cu = Cu²⁺ + 2Ag,电荷不守恒;(4) 醋酸是弱酸,不能拆成H⁺,应写为Mg + 2CH₃COOH = Mg²⁺ + 2CH₃COO⁻ + H₂↑;(5) 碳酸氢钙可溶,应拆成Ca²⁺和HCO₃⁻,离子方程式为HCO₃⁻ + H⁺ = H₂O + CO₂↑;(6) 澄清石灰水完全电离,应拆成Ca²⁺和OH⁻,离子方程式为H⁺ + OH⁻ = H₂O;(7) 正确;(8) 离子配比不正确,应为2H⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2OH⁻ = BaSO₄↓ + 2H₂O;(9) 正确。”
小化感叹:“原来正误判断要检查这么多细节!”古灵总结:“离子方程式的正误判断要检查四个方面:(1)物质间反应是否符合反应的客观事实;(2)物质拆写是否正确;(3)是否符合原子守恒和电荷守恒;(4)方程式整体的阴、阳离子配比是否正确。”
小化将四块离子之石嵌入能量水晶,水晶顿时光芒四射,整个秘境恢复了生机。他感慨道:“离子反应真是太奇妙了!从古代哑泉解毒到现代化学实验,离子反应无处不在。”古灵微笑着说:“你已经完全掌握了离子反应的奥秘。现在,能量水晶修复了!”
口诀总结:离子反应,离子参加;向着浓度减小方向;沉淀气体水生成,条件之一即可行;离子方程,写拆删查;强酸强碱可溶盐,拆成离子才规范;难溶难电离气体,氧化物都不能拆;微溶看情况,澄清可以拆,石灰乳不能拆;离子方程式意义大,同类反应都可用;正误判断四检查:客观事实、拆写、守恒、配比。