从离子反应本质的角度深入认识离子反应发生的条件

杨頔+于善亮+靳红旗

摘要：为加深对离子反应本质的理解，以人教版《化学反应原理》中“实验3-2”（比较弱酸的相对强弱）为素材，从电离平衡常数等定量的角度分析离子反应发生的条件，对从离子反应本质的角度认识离子反应发生的条件提出了教学建议，有助于学习“水溶液中离子平衡”的相关知识。

关键词：离子反应；发生条件；化学反应原理；弱酸相对强弱；教学建议

文章编号：1005–6629（2014）4–0035–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

人教版《化学1》（必修）中将离子反应发生的条件总结为“酸、碱、盐在水溶液中发生的复分解反应，实质上就是两种电解质相互交换离子的反应。这类离子反应发生的条件是：生成沉淀、放出气体或生成水。只要具备上述条件之一，反应就能发生”[1]。这段表述从分类的角度说明了离子反应发生的条件，但由于此时尚没有引入弱电解质的概念，而且限于高一上学期的学生的思维水平，并没有深入地解释离子反应发生的实质。在《2013年北京卷考试说明》中，对离子反应的要求是“在理解离子反应本质的基础上，能从离子角度分析电解质在水溶液中的反应”[2]，这是II级要求，即要求学生能够“理解与掌握”。而《化学1》中的说法显然难以使学生达到“理解与掌握”的层面。仔细阅读教材后，笔者发现在人教版《化学反应原理》（选修4）第三章第三节的“学与问”中有这样的表述，“在认识水解反应原理的基础上，你对高中化学必修课中所学的‘离子反应发生的条件有无新的认识”[3]。也就是说，在学习了《化学反应原理》中“弱电解质的电离”、“水的电离”以及“盐类的水解”这些知识后，学生应当再次思考离子反应发生的条件，深化认识。而学生的认识能够深化的动力之一是教师如何利用这些素材进行教学，并如何启发学生深入思考离子反应发生的条件，以达到《北京卷考试说明》中“理解与掌握”的要求。

同时，借助《化学反应原理》（选修4）中第三章第一节“弱电解质的电离”，深入分析离子反应发生的条件，从化学反应原理的角度认识离子反应本质，还有助于学生学习之后的盐类水解平衡、沉淀溶解平衡等相关知识，为学习“水溶液中的离子平衡”相关知识起到铺垫作用，也为学生对知识的融会贯通打下基础。如此看来，深化学生对离子反应发生条件的认识，是非常有必要的。这里所说的离子反应，针对的是没有难溶电解质参与的复分解型离子反应。

2 “比较弱酸的相对强弱”实验分析

2.1 从酸和盐相对用量的角度分析

在人教版《化学反应原理》（选修4）第42页实验3-2“比较弱酸的相对强弱”中，课本的表述为“向两支分别盛有0.1 mol/L的醋酸和饱和硼酸溶液的试管中滴加等浓度Na2CO3溶液，观察现象”[4]。在该实验中，醋酸与硼酸是过量的，而Na2CO3溶液是少量的，这样设计是因为酸与盐反应，Na2CO3溶液最终有可能生成H2CO3，H2CO3进一步分解放出CO2。如果此时Na2CO3溶液过量，则无论醋酸或硼酸的酸性较碳酸强还是弱，都不会生成H2CO3并进一步放出CO2气体，便失去了可观测的现象。也就是说，当酸与盐反应时，在没有难溶电解质参与的情况下，如果多元弱酸过量，将生成该酸一级电离对应的盐；如果多元弱酸盐过量，将生成该盐一级水解对应的酸。如果酸或盐少量，则情况就变得复杂了，需要再进一步结合弱酸的电离平衡常数加以分析。

2.2 从电离平衡常数的角度分析

针对“放出气体或生成水”这一标准来看，其实质是生成了更加难电离的分子（或离子）。也就是说，当没有难溶电解质参与时，复分解型离子反应的发生，需要有电离平衡常数更小的分子（或离子）生成，这是从定量的角度衡量“更难电离”的标准。

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盐类的水解反应同样是复分解型离子反应，同样符合复分解型离子反应发生的条件，只不过此时反应的程度一般来说不够完全，也就基本不会进行彻底，在宏观上缺乏可观测的反应现象。但无论水解反应是否发生，无论发生的程度是大是小，都可以按照离子反应发生的条件加以分析和判断，这样便从根本上统一了弱电解质的电离与盐类的水解两种不同的过程，也有助于学生对这部分知识的融会贯通。

5.2 对难溶电解质的沉淀溶解平衡的深入理解

人教版《化学反应原理》（选修4）中涉及了Mg（OH）2沉淀溶解在NH4Cl溶液的实验[11]，旨在从弱电解质的生成角度说明沉淀溶解的原因，这与前文所述的离子反应发生的条件是吻合的，即NH4+结合了由Mg（OH）2电离出的OH-，生成了更弱的碱NH3·H2O，将NH4Cl溶液换成显中性的CH3COONH4溶液，Mg（OH）2也可以溶解[12]。如此看来，深入理解离子反应发生的条件有助于深入理解沉淀溶解的原因，而非停留在酸碱中和反应这一表象上。

沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现[13]。而衡量盐的沉淀溶解能力的标准除了溶解度以外，还有溶度积，溶度积是特殊的平衡常数，其实质与电离平衡常数、水解平衡常数无异。盐与盐的沉淀转化反应能否发生，同样可以按照离子反应发生的条件加以分析和判断，只不过此时不是生成更难电离的物质，而是生成更难溶解的物质，其实质都是向着某些离子更易被结合的方向进行。理解了离子反应的本质，就更容易理解与沉淀溶解平衡的有关反应。

6 如何看待有难溶电解质参与的酸和盐的反应

前文所述的酸和盐的反应，前提条件均是没有难溶电解质参与，为什么在分析酸与盐的反应时，要强调没有难溶电解质参与呢？

当有难溶电解质参与的酸和盐反应时，离子之间的相互结合不仅有生成弱电解质的倾向，还同时包含着生成难溶电解质的倾向，离子反应到底如何发生，就取决于这两个因素（即强弱电解质的转化以及难溶或易溶电解质的转化）哪一个为主。

在人教版《有机化学基础》（选修5）实验室制乙炔的实验中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的杂质[14]，发现CuSO4溶液中出现黑色混浊，这是CuS沉淀。也就是说，乙炔中混有的H2S气体与CuSO4溶液发生反应：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此时与Cu2+相比，H+和S2-的结合能力就成为了次要因素，该反应的发生虽然在表象上不符合“强酸制弱酸”的原理，但实际上却与离子反应发生的条件相吻合，Cu2+与S2-更易结合成CuS沉淀，如果从本质上理解离子反应发生的条件，上述反应发生的原因就不难说明了。

通过计算上述反应的平衡常数更能说明问题。查阅资料发现，常温下H2S的一级电离平衡常数为8.9×10-8，二级电离平衡常数为1.2×10-14。CuS的溶度积为6×10-36 [15]。经过计算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常数K=1.78×1014，是比较大的，说明该反应确实可以发生，而且进行得比较彻底。

7 结语

离子反应发生的条件是生成更难电离的电解质或更难溶的电解质，而定量衡量其电离能力或溶解能力的物理量为电离平衡常数或溶度积。当有多元弱酸或多元弱酸盐参与反应时，还要进一步考虑各个物质的相对用量，以分析其对应的生成物。当既有可能生成弱电解质，又有可能生成难溶电解质时，则需要看两个因素的主次关系，以判断反应发生的情况。

参考文献：

[1]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：33.

[2]北京教育考试院编. 2012年普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明（理科）[M].北京：开明出版社，2011：233.

[3][4][5][6][8][9][10][11][13]人教社化学室.普通高中课程标准试验教科书·化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：56～58，42～43，63～65.

[7][15]胡乃非，欧阳津，晋卫军，曾泳淮.分析化学（化学分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2010：257，281.

[12]许洪福.也谈氢氧化镁在氯化铵中的溶解[J].中学化学教学参考，1989，（4）：47.

[14]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础（选修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有机化学基础》（选修5）实验室制乙炔的实验中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的杂质[14]，发现CuSO4溶液中出现黑色混浊，这是CuS沉淀。也就是说，乙炔中混有的H2S气体与CuSO4溶液发生反应：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此时与Cu2+相比，H+和S2-的结合能力就成为了次要因素，该反应的发生虽然在表象上不符合“强酸制弱酸”的原理，但实际上却与离子反应发生的条件相吻合，Cu2+与S2-更易结合成CuS沉淀，如果从本质上理解离子反应发生的条件，上述反应发生的原因就不难说明了。

通过计算上述反应的平衡常数更能说明问题。查阅资料发现，常温下H2S的一级电离平衡常数为8.9×10-8，二级电离平衡常数为1.2×10-14。CuS的溶度积为6×10-36 [15]。经过计算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常数K=1.78×1014，是比较大的，说明该反应确实可以发生，而且进行得比较彻底。

7 结语

离子反应发生的条件是生成更难电离的电解质或更难溶的电解质，而定量衡量其电离能力或溶解能力的物理量为电离平衡常数或溶度积。当有多元弱酸或多元弱酸盐参与反应时，还要进一步考虑各个物质的相对用量，以分析其对应的生成物。当既有可能生成弱电解质，又有可能生成难溶电解质时，则需要看两个因素的主次关系，以判断反应发生的情况。

参考文献：

[1]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：33.

[2]北京教育考试院编. 2012年普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明（理科）[M].北京：开明出版社，2011：233.

[3][4][5][6][8][9][10][11][13]人教社化学室.普通高中课程标准试验教科书·化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：56～58，42～43，63～65.

[7][15]胡乃非，欧阳津，晋卫军，曾泳淮.分析化学（化学分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2010：257，281.

[12]许洪福.也谈氢氧化镁在氯化铵中的溶解[J].中学化学教学参考，1989，（4）：47.

[14]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础（选修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有机化学基础》（选修5）实验室制乙炔的实验中，用CuSO4溶液除去乙炔中可能混有的杂质[14]，发现CuSO4溶液中出现黑色混浊，这是CuS沉淀。也就是说，乙炔中混有的H2S气体与CuSO4溶液发生反应：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

此时与Cu2+相比，H+和S2-的结合能力就成为了次要因素，该反应的发生虽然在表象上不符合“强酸制弱酸”的原理，但实际上却与离子反应发生的条件相吻合，Cu2+与S2-更易结合成CuS沉淀，如果从本质上理解离子反应发生的条件，上述反应发生的原因就不难说明了。

通过计算上述反应的平衡常数更能说明问题。查阅资料发现，常温下H2S的一级电离平衡常数为8.9×10-8，二级电离平衡常数为1.2×10-14。CuS的溶度积为6×10-36 [15]。经过计算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常数K=1.78×1014，是比较大的，说明该反应确实可以发生，而且进行得比较彻底。

7 结语

离子反应发生的条件是生成更难电离的电解质或更难溶的电解质，而定量衡量其电离能力或溶解能力的物理量为电离平衡常数或溶度积。当有多元弱酸或多元弱酸盐参与反应时，还要进一步考虑各个物质的相对用量，以分析其对应的生成物。当既有可能生成弱电解质，又有可能生成难溶电解质时，则需要看两个因素的主次关系，以判断反应发生的情况。

参考文献：

[1]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：33.

[2]北京教育考试院编. 2012年普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明（理科）[M].北京：开明出版社，2011：233.

[3][4][5][6][8][9][10][11][13]人教社化学室.普通高中课程标准试验教科书·化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：56～58，42～43，63～65.

[7][15]胡乃非，欧阳津，晋卫军，曾泳淮.分析化学（化学分析部分）[M].北京：高等教育出版社，2010：257，281.

[12]许洪福.也谈氢氧化镁在氯化铵中的溶解[J].中学化学教学参考，1989，（4）：47.

[14]人教社化学室.普通高中课程标准实验教科书·有机化学基础（选修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.