相互竞争的离⼦反应该谁先!看完必会
如果溶液中存在多种离⼦,则相互之间可能发⽣的反应类型有多种,此时溶液中可能发⽣“平⾏反应”,⼜可能发⽣“竞争反应”两种情况,“平⾏反应”主要指多个反应相互间没有影响可同时进⾏;⽽“竞争反应”是指由于反应能⼒不同,多个反应按⼀定的先后顺序逐步进⾏。
⼀、基本类型
(1)复分解反应之间的竞争
若某⼀溶液中同时存在⼏个可能的复分解反应,则⽣成更难溶解或更难电离物质的反应将优先进⾏。
【例题1】将⾜量CO2通⼊KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,⽣成沉淀的物质的量(n)和通⼊CO2体积(V)的关系正确的是
解析:由于混合溶液存在两种溶质,当向体系通⼊CO2时,存在着先与后的竞争。如果先与KOH反应,则反应后⽣成的K2CO3⽴即会与Ca(OH)2反应⽣成CaCO3,因此可以看成CO2先与Ca(OH)2反应。即⾸先发⽣的反应是:CO2 +
Ca(OH)2 ===CaCO3↓+H2O,在此过程中,沉淀的量逐渐增加。当Ca(OH)2反应完全后,究竟是KOH
与CO2作⽤还是CaCO3与CO2作⽤?如果是CaCO3与CO2作⽤则⽣成Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2⼜会与KOH反应,因此是先与KOH反应,此过程沉淀的物质的量不变,当KOH消耗完全,CO2再与CaCO3反应,直⾄沉淀完全溶解。即先发⽣反应:CO2 + 2KOH===K2CO3+H2O,再发⽣反应:CO2 + H2O + K2CO3 ===2KHCO3,此过程中沉淀的量不变,当KOH 完全转化为KHCO3后,再发⽣反应CO2 + H2O + CaCO3===Ca(HCO3)2,这是沉淀的溶解过程,分析图像知D正确。
答案:D
(2)氧化还原反应之间的竞争
若某⼀溶液中同时含有多种还原性(氧化性)物质,则加⼊⼀种氧化剂(还原剂)时,优先氧化还原性(氧化性)强的物质。
【例题2】将⾜量Cl2缓缓通⼊含0.2 mol H2SO3和0.2 mol HBr的混合溶液中。在此过程中溶液的pH与Cl2⽤量的关系⽰意图是(溶液体积变化忽略不计,且不考虑Cl2与⽔反应)
解析:由于H2SO3和HBr均能与Cl2发⽣氧化还原反应,故还原性强的⾸先反应。H2SO3的还原性强于HBr的还原性,故Cl2先氧化H2SO3:Cl2+ H2SO3+ H2O ===H2SO4+ 2HCl,⽣成的H2SO4和2HCl都是强酸,因此溶液的pH下降;当H2SO3完全反应后,再通⼊Cl2,发⽣的反应是:Cl2+ 2HBr===Br2+ 2HCl,溶液的pH不再改变。综上所述,A正确。
鲍蕾整容答案:A
(3)氧化还原反应与⾮氧化还原反应之间的竞争宇芽
⼀般情况下,氧化还原反应优先于⾮氧化还原反应的发⽣。
【例题3】往含Fe3+、H+、NO3-的混合溶液中加⼊少量SO32-,充分反应后,下列表⽰该反应的离⼦⽅程式正确的是
A. 2Fe3+ + SO32-+ H2O===2Fe2+ + SO42-+ 2H+
B. 2H+ + SO32 -===SO2↑+ H2O
C. 2H+ + NO3-+ 3SO32 -===3SO42-+ 2NO↑+ H2O
D. 2Fe3+ + 3SO32-+ 3H2O ===2Fe(OH)3↓+ 3SO2↑
D. 2Fe3+ + 3SO32-+ 3H2O ===2Fe(OH)3↓+ 3SO2↑
解析:从⽅程式的书写来看,各选项均正确。但要考虑到溶液中存在Fe3+、H+、NO3-,故溶液呈强氧化性,⽽SO32-具有强还原性,则发⽣的主要为氧化还原反应,因此B、D错误。那么SO32-是
先与Fe3+反应还是先与
H+ + NO3-反应呢?可分析如下:如果先与Fe3+反应则⽣成Fe2+,⽣成的Fe2+⼜会与H+ + NO3-反应,所以SO32-是先与H+ + NO3-反应,C正确。
答案:C
⼆、常考题型
(1)⼀种氧化剂(还原剂)与多种还原剂(氧化剂)反应,如把Cl2通⼊含有I-、Br-、Fe2+的溶液中,按照还原能⼒由强到弱的顺序,I-优先反应,其次是Fe2+,最后是Br-。
(2)⼀种酸(碱)与多种碱性(酸性)物质反应,如把盐酸逐滴加⼊到含有NaOH、Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中,按照碱性有强到弱的顺序NaOH优先反应,其次是Na2CO3,最后是NaHCO3,此类竞争反应的先后顺序即是其有效顺序。
(3)若某⼀溶液中同时存在⼏种能与所加试剂形成沉淀的离⼦,则溶解度(严格地说应为溶度积)⼩的物质先沉淀。如向Mg(HCO3)2溶液中加⼊⾜量的氢氧化钠溶液,应优先⽣成Mg(OH)2沉淀,⽽不是MgCO3沉淀。
【练习1】在含有Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、AgNO3各0.01 mol的酸性混合溶液中加⼊0.01 mol铁粉,经搅拌后发⽣的变化应是
暗黑者darker真实身份A. 铁溶解,析出0.01 molAg和0.01 mol Cu
B. 铁溶解,析出0.01 molAg并放出H2
C. 铁溶解,析出0.01 molAg溶液中不再有Fe3+
周开开D. 铁溶解,析出0.01 molAg溶液中不再有Cu2+
解析:溶液中离⼦的氧化性Ag+>Fe3+>Cu2+>H+,加⼊0.01 mol Fe时依次发⽣如下反应:Fe + 2Ag+===2Ag +
Fe2+Fe + 2Fe3+ ===3Fe2+
0.005 mol 0.01 mol 0.01 mol 0.005 mol 0.01 mol
所以铁完全溶解,析出0.01 molAg,溶液中Fe3+恰好完全反应,Cu2+ 和H+ 未参与离⼦反应。
答案:C
【练习2】根据你所学知识分析酸式盐NaHCO3与碱Ba(OH)2的反应情况。
解析:在⽔溶液中存在如下电离:NaHCO3 ===Na++ HCO3-、Ba(OH)2 ===Ba2++ 2OH-。⾸先发⽣的反应是HCO3-+ OH-===CO32-+ H2O然后发⽣的反应是Ba2++ CO32 - ===BaCO3↓。但要注意NaHCO3与Ba(OH)2的⽤量:
(1)当Ba(OH)2(即Ba2+)⾜量时,CO32-不可能有剩余。反应的离⼦⽅程式为:
陈冠希艳门事件女主角HCO3-+ Ba2++ OH-=== BaCO3↓+ H2O
(2)当Ba(OH)2(即Ba2+)不⾜量时,CO32-有剩余。反应的离⼦⽅程式为:
2HCO3-+ Ba2++ 2OH-===BaCO3↓+ 2H2O + CO32-
答案:见解析
【练习3】写出Mg(HCO3)2与澄清⽯灰⽔反应的离⼦⽅程式。解析:在⽔溶液中存在如下电离:Mg(HCO3)2 ===Mg2+ + 2HCO3-、Ca(OH)2===Ca2++ 2OH-。由于MgCO3的溶解性⽐Mg(OH)2⼤,所以Mg2+ 应⽣成Mg(OH)2⽽不是MgCO3。反应的离⼦⽅程式为:Mg2+ + 2HCO3-+ 2Ca2++ 4OH-===Mg(OH)2↓+ 2CaCO3↓+ 2H2O
答案:Mg2+ + 2HCO3-+ 2Ca2++ 4OH-===Mg(OH)2↓+ 2CaCO3↓+ 2H2O
三、双⽔解与复分解反应
能发⽣双⽔解反应的离⼦不多,常见的能发⽣互促的阳离⼦Al3+、Fe3+、NH4+,阴离⼦有CO32-、HCO3-、S2-、HS-、AlO2-、SiO32-,以上离⼦相遇⼀般发⽣双⽔解反应。如果溶液中既有符合发⽣双⽔解反应的条件,同时⼜有直接发⽣复分解反应的条件,究竟是复分解反应还是双⽔解反应,要⽐较⽣成物的溶解度的⼤⼩。
【例题4】CuSO4溶液与Na2S溶液混合,CuSO4溶液⽔解呈酸性,Na2S溶液⽔解呈碱性,符合发⽣双⽔解反应的条件,同时直接发⽣复分解反应⽣成CuS沉淀。究竟是复分解反应还是双⽔解反应,要⽐较⽣成物的溶解度的⼤⼩。
Cu2++ CO32-+ H2O ===Cu(OH)2↓+CO2↑
Cu2++ S2 - ===CuS↓因为CuS的溶解度远⽐Cu(OH)2⼩,所以发⽣的是复分解反应⽽不是双⽔解反应。
四、双⽔解与氧化还原反应
(1)FeCl3溶液与Na2S溶液既符合氧化还原反应发⽣的条件,⼜符合双⽔解反应发⽣的条件,⽣成物还能发⽣复分解反应。
2Fe3++ H2S===2Fe2++ S↓+ 2H+
2Fe3++ 3S2-+ 6H2O===2Fe(OH)3↓+3H2S↑
Fe2+ +S2-===FeS↓
实验证明在FeCl3过量时,发⽣如下反应:
2Fe3++ 3S2-+ 6H2O===2Fe(OH)3↓+3H2S↑
2Fe3++ S2 -===2Fe2+ + S↓
产物主要Fe(OH)3、H2S、S、Fe2+
在Na2S过量时,发⽣如下反应:
2Fe3++ 3S2-+ 6H2O===2Fe(OH)3↓+3H2S↑羽毛球训练方法
2Fe3++ 3S2-===2FeS+ S↓
产物主要Fe(OH)3、H2S、S、FeS。
(2)CuSO4溶液与Na2CO3溶液的反应
复分解反应:Cu2+ + CO32 - ===CuCO3
双⽔解反应:Cu2++ CO32-+ H2O===Cu(OH)2↓+CO2↑
2Cu2++ 2CO32-+ H2O===Cu2(OH)2CO3↓+ CO2↑
实验证明CuSO4溶液与Na2CO3溶液的反应⽣成的沉淀是由Cu2+、CO32-和OH-按不同⽐例组成的碱式盐,两者发⽣的是平⾏竞争反应。
五、盐与盐的反应⼀般要求两种盐是可溶的,⽣成物必须有沉淀。这种表述没有揭⽰反应的本质,其实离⼦反应的本质是只要存在使离⼦浓度降低的更低⽅向的反应,该反应就能进⾏。
(1)难溶盐的转化:CaSO4中加⼊Na2CO3溶液CaSO4(s) + CO32 - ===CaCO3↓+ SO42-CaSO4的溶解平衡
CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO42-(aq) ,CaSO4溶度积⼤⽽CaCO3溶度积⼩,CO32-与Ca2+结合溶解平衡向右移动,使沉淀CaSO4转化为CaCO3沉淀。
(2)沉淀的溶解:BaCO3中加⼊NH4Cl溶液
2NH4Cl + BaCO3===BaCl2+ 2NH3↑+ CO2↑+ H2O
易⽔解的盐NH4Cl产⽣的H+与不容性的盐溶解的CO32-结合⽣成CO2,使难溶电解质的溶解平衡
BaCO3(s)Ba2+(aq) + CO32-(aq)向溶解⽅向移动。
(3)强酸的酸式盐与弱酸盐的反应:2NaHSO4+Na2CO3===2Na2SO4+ CO2↑+ H2O
(4)正盐与酸式盐之间的反应:Na3PO4+ NaH2PO4 ===2Na2HPO4
另外,多离⼦反应分析:两种试剂混合,同时存在多个离⼦反应,分析时可令其中⼀种离⼦完全反应,然后分析另⼀种离⼦反应情况。如明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶液与氢氧化钡溶液的反应。如向1 mol 明矾溶液中加⼊氢氧化钡溶液,可假设铝离⼦完全沉淀,则需要氢氧化钡1.5 mol,此时明矾溶液中的硫酸根离⼦只有1.5 mol沉淀为硫酸钡,则离⼦⽅程式可表⽰为:Al3++ 1.5SO42-+ 1.5Ba2++ 3OH-=== 1.5BaSO4↓+ Al(OH)3↓,然后将⼩数调整为整数即可。假设硫酸根离⼦完全沉淀,则需要氢氧化钡2 mol,⽽2 mol氢氧化钡提供4 mol氢氧根离⼦,故与1 mol铝离⼦恰好完全反应⽣成偏铝酸跟离⼦,则离⼦⽅程式可表⽰为:Al3++ 2SO42-+ 2Ba2++ 4OH-===2BaSO4↓+ AlO2-+ 2H2O;同理可写出任意⽐给定物质的量之⽐的反应的离⼦⽅程式。
六、链接⾼考
【安徽卷13】已知室温下,Al(OH)3的Ksp或溶解度远⼤于Fe(OH)3。向浓度均为0.1mol·L-1的Fe(NO3)3和Al(NO3)3混合溶液中,逐滴加⼊NaOH溶液。下列⽰意图表⽰⽣成Al(OH)3的物质的量与加⼊NaOH溶液的体积的关系,合理的是
解析:根据题意Ksp[Al(OH)3]>>Ksp[Fe(OH)3],因此向混合溶液中滴加NaOH溶液时,⾸先应⽣成Fe(OH)3沉淀,当Fe3+沉淀完全后,再⽣成Al(OH)3沉淀,继续滴加NaOH溶液,则Al(OH)3+OH-=== AlO2-+ 2H2O,⽽题意是⽣成Al(OH)3的物质的量与加⼊NaOH溶液体积的关系,故C项图像符合实际情况。
答案:C
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