從離子反應(yīng)本質(zhì)的角度深入認(rèn)識離子反應(yīng)發(fā)生的條件

楊頔+于善亮+靳紅旗

摘要：為加深對離子反應(yīng)本質(zhì)的理解，以人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》中“實驗3-2”（比較弱酸的相對強(qiáng)弱）為素材，從電離平衡常數(shù)等定量的角度分析離子反應(yīng)發(fā)生的條件，對從離子反應(yīng)本質(zhì)的角度認(rèn)識離子反應(yīng)發(fā)生的條件提出了教學(xué)建議，有助于學(xué)習(xí)“水溶液中離子平衡”的相關(guān)知識。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng)；發(fā)生條件；化學(xué)反應(yīng)原理；弱酸相對強(qiáng)弱；教學(xué)建議

文章編號：1005–6629（2014）4–0035–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

人教版《化學(xué)1》（必修）中將離子反應(yīng)發(fā)生的條件總結(jié)為“酸、堿、鹽在水溶液中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)，實質(zhì)上就是兩種電解質(zhì)相互交換離子的反應(yīng)。這類離子反應(yīng)發(fā)生的條件是：生成沉淀、放出氣體或生成水。只要具備上述條件之一，反應(yīng)就能發(fā)生”[1]。這段表述從分類的角度說明了離子反應(yīng)發(fā)生的條件，但由于此時尚沒有引入弱電解質(zhì)的概念，而且限于高一上學(xué)期的學(xué)生的思維水平，并沒有深入地解釋離子反應(yīng)發(fā)生的實質(zhì)。在《2013年北京卷考試說明》中，對離子反應(yīng)的要求是“在理解離子反應(yīng)本質(zhì)的基礎(chǔ)上，能從離子角度分析電解質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)”[2]，這是II級要求，即要求學(xué)生能夠“理解與掌握”。而《化學(xué)1》中的說法顯然難以使學(xué)生達(dá)到“理解與掌握”的層面。仔細(xì)閱讀教材后，筆者發(fā)現(xiàn)在人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修4）第三章第三節(jié)的“學(xué)與問”中有這樣的表述，“在認(rèn)識水解反應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，你對高中化學(xué)必修課中所學(xué)的‘離子反應(yīng)發(fā)生的條件有無新的認(rèn)識”[3]。也就是說，在學(xué)習(xí)了《化學(xué)反應(yīng)原理》中“弱電解質(zhì)的電離”、“水的電離”以及“鹽類的水解”這些知識后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)再次思考離子反應(yīng)發(fā)生的條件，深化認(rèn)識。而學(xué)生的認(rèn)識能夠深化的動力之一是教師如何利用這些素材進(jìn)行教學(xué)，并如何啟發(fā)學(xué)生深入思考離子反應(yīng)發(fā)生的條件，以達(dá)到《北京卷考試說明》中“理解與掌握”的要求。

同時，借助《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修4）中第三章第一節(jié)“弱電解質(zhì)的電離”，深入分析離子反應(yīng)發(fā)生的條件，從化學(xué)反應(yīng)原理的角度認(rèn)識離子反應(yīng)本質(zhì)，還有助于學(xué)生學(xué)習(xí)之后的鹽類水解平衡、沉淀溶解平衡等相關(guān)知識，為學(xué)習(xí)“水溶液中的離子平衡”相關(guān)知識起到鋪墊作用，也為學(xué)生對知識的融會貫通打下基礎(chǔ)。如此看來，深化學(xué)生對離子反應(yīng)發(fā)生條件的認(rèn)識，是非常有必要的。這里所說的離子反應(yīng)，針對的是沒有難溶電解質(zhì)參與的復(fù)分解型離子反應(yīng)。

2 “比較弱酸的相對強(qiáng)弱”實驗分析

2.1 從酸和鹽相對用量的角度分析

在人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修4）第42頁實驗3-2“比較弱酸的相對強(qiáng)弱”中，課本的表述為“向兩支分別盛有0.1 mol/L的醋酸和飽和硼酸溶液的試管中滴加等濃度Na2CO3溶液，觀察現(xiàn)象”[4]。在該實驗中，醋酸與硼酸是過量的，而Na2CO3溶液是少量的，這樣設(shè)計是因為酸與鹽反應(yīng)，Na2CO3溶液最終有可能生成H2CO3，H2CO3進(jìn)一步分解放出CO2。如果此時Na2CO3溶液過量，則無論醋酸或硼酸的酸性較碳酸強(qiáng)還是弱，都不會生成H2CO3并進(jìn)一步放出CO2氣體，便失去了可觀測的現(xiàn)象。也就是說，當(dāng)酸與鹽反應(yīng)時，在沒有難溶電解質(zhì)參與的情況下，如果多元弱酸過量，將生成該酸一級電離對應(yīng)的鹽；如果多元弱酸鹽過量，將生成該鹽一級水解對應(yīng)的酸。如果酸或鹽少量，則情況就變得復(fù)雜了，需要再進(jìn)一步結(jié)合弱酸的電離平衡常數(shù)加以分析。

2.2 從電離平衡常數(shù)的角度分析

針對“放出氣體或生成水”這一標(biāo)準(zhǔn)來看，其實質(zhì)是生成了更加難電離的分子（或離子）。也就是說，當(dāng)沒有難溶電解質(zhì)參與時，復(fù)分解型離子反應(yīng)的發(fā)生，需要有電離平衡常數(shù)更小的分子（或離子）生成，這是從定量的角度衡量“更難電離”的標(biāo)準(zhǔn)。

ha

鹽類的水解反應(yīng)同樣是復(fù)分解型離子反應(yīng)，同樣符合復(fù)分解型離子反應(yīng)發(fā)生的條件，只不過此時反應(yīng)的程度一般來說不夠完全，也就基本不會進(jìn)行徹底，在宏觀上缺乏可觀測的反應(yīng)現(xiàn)象。但無論水解反應(yīng)是否發(fā)生，無論發(fā)生的程度是大是小，都可以按照離子反應(yīng)發(fā)生的條件加以分析和判斷，這樣便從根本上統(tǒng)一了弱電解質(zhì)的電離與鹽類的水解兩種不同的過程，也有助于學(xué)生對這部分知識的融會貫通。

5.2 對難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡的深入理解

人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修4）中涉及了Mg（OH）2沉淀溶解在NH4Cl溶液的實驗[11]，旨在從弱電解質(zhì)的生成角度說明沉淀溶解的原因，這與前文所述的離子反應(yīng)發(fā)生的條件是吻合的，即NH4+結(jié)合了由Mg（OH）2電離出的OH-，生成了更弱的堿NH3·H2O，將NH4Cl溶液換成顯中性的CH3COONH4溶液，Mg（OH）2也可以溶解[12]。如此看來，深入理解離子反應(yīng)發(fā)生的條件有助于深入理解沉淀溶解的原因，而非停留在酸堿中和反應(yīng)這一表象上。

沉淀轉(zhuǎn)化的實質(zhì)就是沉淀溶解平衡的移動。一般說來，溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀容易實現(xiàn)[13]。而衡量鹽的沉淀溶解能力的標(biāo)準(zhǔn)除了溶解度以外，還有溶度積，溶度積是特殊的平衡常數(shù)，其實質(zhì)與電離平衡常數(shù)、水解平衡常數(shù)無異。鹽與鹽的沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)能否發(fā)生，同樣可以按照離子反應(yīng)發(fā)生的條件加以分析和判斷，只不過此時不是生成更難電離的物質(zhì)，而是生成更難溶解的物質(zhì)，其實質(zhì)都是向著某些離子更易被結(jié)合的方向進(jìn)行。理解了離子反應(yīng)的本質(zhì)，就更容易理解與沉淀溶解平衡的有關(guān)反應(yīng)。

6 如何看待有難溶電解質(zhì)參與的酸和鹽的反應(yīng)

前文所述的酸和鹽的反應(yīng)，前提條件均是沒有難溶電解質(zhì)參與，為什么在分析酸與鹽的反應(yīng)時，要強(qiáng)調(diào)沒有難溶電解質(zhì)參與呢？

當(dāng)有難溶電解質(zhì)參與的酸和鹽反應(yīng)時，離子之間的相互結(jié)合不僅有生成弱電解質(zhì)的傾向，還同時包含著生成難溶電解質(zhì)的傾向，離子反應(yīng)到底如何發(fā)生，就取決于這兩個因素（即強(qiáng)弱電解質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及難溶或易溶電解質(zhì)的轉(zhuǎn)化）哪一個為主。

在人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修5）實驗室制乙炔的實驗中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的雜質(zhì)[14]，發(fā)現(xiàn)CuSO4溶液中出現(xiàn)黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發(fā)生反應(yīng)：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此時與Cu2+相比，H+和S2-的結(jié)合能力就成為了次要因素，該反應(yīng)的發(fā)生雖然在表象上不符合“強(qiáng)酸制弱酸”的原理，但實際上卻與離子反應(yīng)發(fā)生的條件相吻合，Cu2+與S2-更易結(jié)合成CuS沉淀，如果從本質(zhì)上理解離子反應(yīng)發(fā)生的條件，上述反應(yīng)發(fā)生的原因就不難說明了。

通過計算上述反應(yīng)的平衡常數(shù)更能說明問題。查閱資料發(fā)現(xiàn)，常溫下H2S的一級電離平衡常數(shù)為8.9×10-8，二級電離平衡常數(shù)為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經(jīng)過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數(shù)K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應(yīng)確實可以發(fā)生，而且進(jìn)行得比較徹底。

7 結(jié)語

離子反應(yīng)發(fā)生的條件是生成更難電離的電解質(zhì)或更難溶的電解質(zhì)，而定量衡量其電離能力或溶解能力的物理量為電離平衡常數(shù)或溶度積。當(dāng)有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應(yīng)時，還要進(jìn)一步考慮各個物質(zhì)的相對用量，以分析其對應(yīng)的生成物。當(dāng)既有可能生成弱電解質(zhì)，又有可能生成難溶電解質(zhì)時，則需要看兩個因素的主次關(guān)系，以判斷反應(yīng)發(fā)生的情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]人教社化學(xué)室.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：33.

[2]北京教育考試院編. 2012年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試北京卷考試說明（理科）[M].北京：開明出版社，2011：233.

[3][4][5][6][8][9][10][11][13]人教社化學(xué)室.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：56～58，42～43，63～65.

[7][15]胡乃非，歐陽津，晉衛(wèi)軍，曾泳淮.分析化學(xué)（化學(xué)分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2010：257，281.

[12]許洪福.也談氫氧化鎂在氯化銨中的溶解[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1989，（4）：47.

[14]人教社化學(xué)室.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修5）實驗室制乙炔的實驗中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的雜質(zhì)[14]，發(fā)現(xiàn)CuSO4溶液中出現(xiàn)黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發(fā)生反應(yīng)：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此時與Cu2+相比，H+和S2-的結(jié)合能力就成為了次要因素，該反應(yīng)的發(fā)生雖然在表象上不符合“強(qiáng)酸制弱酸”的原理，但實際上卻與離子反應(yīng)發(fā)生的條件相吻合，Cu2+與S2-更易結(jié)合成CuS沉淀，如果從本質(zhì)上理解離子反應(yīng)發(fā)生的條件，上述反應(yīng)發(fā)生的原因就不難說明了。

通過計算上述反應(yīng)的平衡常數(shù)更能說明問題。查閱資料發(fā)現(xiàn)，常溫下H2S的一級電離平衡常數(shù)為8.9×10-8，二級電離平衡常數(shù)為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經(jīng)過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數(shù)K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應(yīng)確實可以發(fā)生，而且進(jìn)行得比較徹底。

7 結(jié)語

離子反應(yīng)發(fā)生的條件是生成更難電離的電解質(zhì)或更難溶的電解質(zhì)，而定量衡量其電離能力或溶解能力的物理量為電離平衡常數(shù)或溶度積。當(dāng)有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應(yīng)時，還要進(jìn)一步考慮各個物質(zhì)的相對用量，以分析其對應(yīng)的生成物。當(dāng)既有可能生成弱電解質(zhì)，又有可能生成難溶電解質(zhì)時，則需要看兩個因素的主次關(guān)系，以判斷反應(yīng)發(fā)生的情況。

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[12]許洪福.也談氫氧化鎂在氯化銨中的溶解[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1989，（4）：47.

[14]人教社化學(xué)室.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修5）實驗室制乙炔的實驗中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的雜質(zhì)[14]，發(fā)現(xiàn)CuSO4溶液中出現(xiàn)黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發(fā)生反應(yīng)：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此時與Cu2+相比，H+和S2-的結(jié)合能力就成為了次要因素，該反應(yīng)的發(fā)生雖然在表象上不符合“強(qiáng)酸制弱酸”的原理，但實際上卻與離子反應(yīng)發(fā)生的條件相吻合，Cu2+與S2-更易結(jié)合成CuS沉淀，如果從本質(zhì)上理解離子反應(yīng)發(fā)生的條件，上述反應(yīng)發(fā)生的原因就不難說明了。

通過計算上述反應(yīng)的平衡常數(shù)更能說明問題。查閱資料發(fā)現(xiàn)，常溫下H2S的一級電離平衡常數(shù)為8.9×10-8，二級電離平衡常數(shù)為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經(jīng)過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數(shù)K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應(yīng)確實可以發(fā)生，而且進(jìn)行得比較徹底。

7 結(jié)語

離子反應(yīng)發(fā)生的條件是生成更難電離的電解質(zhì)或更難溶的電解質(zhì)，而定量衡量其電離能力或溶解能力的物理量為電離平衡常數(shù)或溶度積。當(dāng)有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應(yīng)時，還要進(jìn)一步考慮各個物質(zhì)的相對用量，以分析其對應(yīng)的生成物。當(dāng)既有可能生成弱電解質(zhì)，又有可能生成難溶電解質(zhì)時，則需要看兩個因素的主次關(guān)系，以判斷反應(yīng)發(fā)生的情況。

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