突破跟量有关的离子方程式的书写

湖北省襄阳市第二中学杜平涛中学化学中出现了许多跟用量有关的离子反应,较简单的跟用量有关的离子反应方程式的书写、正误判断及其运用,是中学化学中的重点和高考的热点,学生对于跟用量有关的离子反应进行识记、辨别、理解和运用时,均有较大难度.
对跟用量有关的离子反应,按其成因进行归类梳理,有助于学生记忆和理解.

一、先后型反应一种反应物的两种或两种以上的组成离子,都能跟另一种反应物的组成离子反应,但因为反应先后有序,所以反应物用量不同会有不同的结果.
又可称为竞争型.
如:1、NH4HSO4溶液与NaOH溶液的反应:(1)NaOH不足:解析:假设NH先与OH-反应则会生成NH3·H2O,而NH3·H2O与H+不可以共存,会反应再转化为NH,所以当NaOH不足时实际反应为:H++OH-===H2O;(2)NaOH过量:解析:如果NaOH过量则NH和H+全部与OH-反应,即:NH+H++2OH-===NH3·H2O+H2O.
FeI2溶液中通入Cl2气体(1)向FeI2溶液中通入少量Cl2:解析:还原性I->Fe2+,少量Cl2只与I-反应,即:2I-+Cl2===I2+2Cl-;(2)向FeI2溶液中通入足量Cl2:解析:还原性I->Fe2+,足量Cl2与I-和Fe2+都可以发生反应,即:2Fe2++4I-+3Cl2===2Fe3++2I2+6Cl-,相当于取定量的1molFeI2,用反应①2I-+Cl2===I2+2Cl-和反应②Fe2++Cl2===Fe3++Cl-两式相加后再把计量系数同时扩大两倍.

向FeBr2溶液中通入Cl2气体:(1)向FeBr2溶液中通入少量Cl2气体:解析:还原性Fe2+>Br-,少量Cl2只与Fe2+反应,即:2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;(2)向FeBr2溶液中通入足量Cl2气体:解析:还原性Fe2+>Br-,足量Cl2与Fe2+和Br-都可以发生反应,即2Fe2++4Br-+3Cl2===2Fe3++2Br2+6Cl-,相当于取定量的1molFeBr2,用反应①Fe2++Cl2===Fe3++Cl-和反应②2Br-+Cl2===Br2+2Cl-两式相加后再把计量系数同时扩大两倍.

(3)该反应的变形问题:如:向含1molFeBr2的溶液中通入1molCl2气体:解析:还原性Fe2+>Br-,先发生①Fe2++Cl2===Fe3++Cl-并余下molCl2,然后发生②Br-+Cl2===Br2+Cl-,①②两式相加后再把计量系数同时扩大两倍化成最简单整数比即得2Fe2++2Br-+2Cl2===2Fe3++Br2+4Cl-.
事实上最终Br-有剩余,所以不能使参加反应的Fe2+和Br-物质的量之比为1:2,尽管此反应中学生可以记住当n(Cl2):n(FeBr2)≧3:2时Cl2为足量,但是上述按反应的实际过程来书写离子方程式的思路值得探讨.

二、配比型反应当一种反应物中有两种或两种以上组成离子参与反应时,因其组成比例不协调(一般为复盐或酸式盐),当一种组成离子恰好完全反应时,另一种组成离子不能恰好完全反应(有剩余或不足)而跟用量有关.

1、Ca(HCO3)2溶液与NaOH溶液:(1)少量NaOH和过量Ca(HCO3)2反应:Ca2++HCO+OH-===CaCO3↓+H2O;解析:假定少量NaOH为1mol,而Ca(HCO3)2过量,在保证其中n(Ca2+):n(HCO)=1:2并能把OH-消耗完的前提下Ca(HCO3)2可以设为任意值.
实际反应过程为先发生①Na++OH-+Ca2++2HCO===Na++H2O+CO+Ca2++HCO,再发生②Na++H2O+CO+Ca2++HCO===Na++H2O+CaCO3↓+HCO,最后①②两式相加并删去实际未参与离子反应的离子即得:Ca2++HCO+OH-===CaCO3↓+H2O;少量Ca(HCO3)2和过量NaOH反应:Ca2++2HCO+2OH-===CaCO3↓+2H2O+CO;解析:假定少量Ca(HCO3)2为1mol,而NaOH过量,在保证其中n(Na+):n(OH-)=1:1并能把HCO消耗完的前提下NaOH可以设为任意值.
实际反应过程为先发生①Ca2++2HCO+2Na++2OH-===Ca2++2H2O+2CO+2Na+,再发生②Ca2++2H2O+2CO+2Na+===CaCO3↓+2H2O+CO+2Na+,最后①②两式相加并删去实际未参与离子反应的离子即得:Ca2++2HCO+2OH-===CaCO3↓+2H2O+CO.

2、NaHCO3溶液与Ca(OH)2溶液:(1)少量Ca(OH)2和过量NaHCO3反应:Ca2++2OH-+2HCO===CaCO3↓+2H2O+CO;解析:假定少量Ca(OH)2为1mol后,把反应①Ca2++2OH-+2Na++2HCO===Ca2++2H2O+2CO+2Na+和②Ca2++2H2O+2CO+2Na+===CaCO3↓+2H2O+CO+2Na+两式相加并删去实际未参与离子反应的离子即得:Ca2++2HCO+2OH-===CaCO3↓+2H2O+CO.

少量NaHCO3和过量Ca(OH)2反应:HCO+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O.
解析:假定少量NaHCO3为1mol后,把反应①Na++HCO+Ca2++2OH-===Na++H2O+CO+Ca2++OH和②Na++H2O+CO+Ca2++OH===Na++H2O+CaCO3↓+OH两式相加并删去实际未参与离子反应的离子即得:HCO+Ca2++OH-===CaCO3↓+H2O.

3、NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液:(1)溶液呈中性时:2H++SO+2OH-+Ba2+===BaSO4↓+2H2O;解析:溶液呈中性时,应保证n(H+)=n(OH-)即有2Na++2H++2SO+2OH-+Ba2+===2Na++BaSO4↓+SO+2H2O;再删去实际未参与离子反应的离子即得:2H++SO+2OH-+Ba2+===BaSO4↓+2H2O;SO完全沉淀时:H++SO+Ba2++OH-===H2O+BaSO4↓;解析:SO完全沉淀时,应保证n(SO)=n(Ba2+)即有Na++H++SO-+Ba2++2OH===Na++BaSO4↓+H2O+OH-;再删去实际未参与离子反应的离子即得:H++SO+Ba2++OH-===BaSO4↓+H2O.

三、连续性反应指反应生成的离子因又能跟剩余(过量)的反应物继续反应而跟用量有关.

前述两类反应中有的实质上也为连续性反应,而连续性反应可以把实际发生的反应方程式进行加和.

1、可溶性多元弱酸(或其酸酐)与碱溶液反应.
如CO2通入NaOH溶液中:(1)碱过量:CO2+2OH-===CO+H2O;(2)碱不足:CO2+OH-===HCO,相当于把反应①CO2+2OH-===CO+H2O和反应②CO+H2O+CO2-===2HCO相加和并约去计量系数的公约数2.

2、多元弱酸(或其酸酐)与更弱酸的盐溶液反应.
如CO2通入NaAlO2溶液中:(1)NaAlO2过量:2AlO+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO;(2)NaAlO2不足:AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO,相当于把反应①2AlO+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO和反应②CO+H2O+CO2-===2HCO相加和并约去计量系数的公约数2.

3、多元弱酸盐与强酸反应.
如Na2CO3溶液与稀盐酸:(1)盐酸不足:CO+H+===HCO;(2)盐酸过量:CO+2H+===CO2↑+H2O;相当于把反应①CO+H+===HCO和反应②HCO+H+===CO2↑+H2O相加和.

4、铝盐溶液与强碱溶液(1)铝盐过量:Al3++3OH-===Al(OH)3↓;(2)强碱过量:Al3++4OH-===AlO+2H2O;相当于把反应①Al3++3OH-===Al(OH)3↓和反应②Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O相加和.

5、NaAlO2溶液与强酸溶液(1)NaAlO2过量:AlO+H++H2O===Al(OH)3↓;(2)强酸过量:AlO+4H+===Al3++2H2O;相当于把反应①AlO+H++H2O===Al(OH)3↓和反应②Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O相加和.

拓展:以下几组物质间的离子反应常常变形为两种溶液互相滴加,因为滴加顺序不同而现象不同的考察,也可以变形为不用辅助试剂鉴别物质的一种方法.
其实质就是上述跟用量有关的离子反应.

①Na2CO3溶液和稀盐酸(碳酸盐溶液和强酸)、②NaAlO2溶液和稀盐酸(偏铝酸盐和强酸)、③AlCl3溶液和NaOH溶液(铝盐溶液与强碱溶液)、④AgNO3溶液和稀氨水6、Fe与稀HNO3溶液(1)Fe过量:3Fe+2NO+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2O;(2)HNO3过量:Fe+NO+4H+===Fe3++NO↑+2H2O;相当于把反应①3Fe+2NO+8H+===3Fe2++2NO↑+4H2O和反应②3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O相加和并约去计量系数的公约数3.