從離子反應本質的角度深入認識離子反應發生的條件

楊頔+于善亮+靳紅旗

摘要：為加深對離子反應本質的理解，以人教版《化學反應原理》中“實驗3-2”（比較弱酸的相對強弱）為素材，從電離平衡常數等定量的角度分析離子反應發生的條件，對從離子反應本質的角度認識離子反應發生的條件提出了教學建議，有助于學習“水溶液中離子平衡”的相關知識。

關鍵詞：離子反應；發生條件；化學反應原理；弱酸相對強弱；教學建議

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

1 問題的提出

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

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

2 “比較弱酸的相對強弱”實驗分析

2.1 從酸和鹽相對用量的角度分析

在人教版《化學反應原理》（選修4）第42頁實驗3-2“比較弱酸的相對強弱”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，這樣設計是因為酸與鹽反應，Na2CO3溶液最終有可能生成H2CO3，H2CO3進一步分解放出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還是弱，都不會生成H2CO3并進一步放出CO2氣體，便失去了可觀測的現象。也就是說，當酸與鹽反應時，在沒有難溶電解質參與的情況下，如果多元弱酸過量，將生成該酸一級電離對應的鹽；如果多元弱酸鹽過量，將生成該鹽一級水解對應的酸。如果酸或鹽少量，則情況就變得復雜了，需要再進一步結合弱酸的電離平衡常數加以分析。

2.2 從電離平衡常數的角度分析

針對“放出氣體或生成水”這一標準來看，其實質是生成了更加難電離的分子（或離子）。也就是說，當沒有難溶電解質參與時，復分解型離子反應的發生，需要有電離平衡常數更小的分子（或離子）生成，這是從定量的角度衡量“更難電離”的標準。

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鹽類的水解反應同樣是復分解型離子反應，同樣符合復分解型離子反應發生的條件，只不過此時反應的程度一般來說不夠完全，也就基本不會進行徹底，在宏觀上缺乏可觀測的反應現象。但無論水解反應是否發生，無論發生的程度是大是小，都可以按照離子反應發生的條件加以分析和判斷，這樣便從根本上統一了弱電解質的電離與鹽類的水解兩種不同的過程，也有助于學生對這部分知識的融會貫通。

5.2 對難溶電解質的沉淀溶解平衡的深入理解

人教版《化學反應原理》（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發生的條件是吻合的，即NH4+結合了由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，深入理解離子反應發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這一表象上。

沉淀轉化的實質就是沉淀溶解平衡的移動。一般說來，溶解度小的沉淀轉化成溶解度更小的沉淀容易實現[13]。而衡量鹽的沉淀溶解能力的標準除了溶解度以外，還有溶度積，溶度積是特殊的平衡常數，其實質與電離平衡常數、水解平衡常數無異。鹽與鹽的沉淀轉化反應能否發生，同樣可以按照離子反應發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，而是生成更難溶解的物質，其實質都是向著某些離子更易被結合的方向進行。理解了離子反應的本質，就更容易理解與沉淀溶解平衡的有關反應。

6 如何看待有難溶電解質參與的酸和鹽的反應

前文所述的酸和鹽的反應，前提條件均是沒有難溶電解質參與，為什么在分析酸與鹽的反應時，要強調沒有難溶電解質參與呢？

當有難溶電解質參與的酸和鹽反應時，離子之間的相互結合不僅有生成弱電解質的傾向，還同時包含著生成難溶電解質的傾向，離子反應到底如何發生，就取決于這兩個因素（即強弱電解質的轉化以及難溶或易溶電解質的轉化）哪一個為主。

在人教版《有機化學基礎》（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[14]，發現CuSO4溶液中出現黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發生反應：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

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

通過計算上述反應的平衡常數更能說明問題。查閱資料發現，常溫下H2S的一級電離平衡常數為8.9×10-8，二級電離平衡常數為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應確實可以發生，而且進行得比較徹底。

7 結語

離子反應發生的條件是生成更難電離的電解質或更難溶的電解質，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或溶度積。當有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應時，還要進一步考慮各個物質的相對用量，以分析其對應的生成物。當既有可能生成弱電解質，又有可能生成難溶電解質時，則需要看兩個因素的主次關系，以判斷反應發生的情況。

參考文獻：

[1]人教社化學室.普通高中課程標準實驗教科書·化學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年普通高等學校招生全國統一考試北京卷考試說明（理科）[M].北京：開明出版社，2011：233.

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

[14]人教社化學室.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有機化學基礎》（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[14]，發現CuSO4溶液中出現黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發生反應：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

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

通過計算上述反應的平衡常數更能說明問題。查閱資料發現，常溫下H2S的一級電離平衡常數為8.9×10-8，二級電離平衡常數為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應確實可以發生，而且進行得比較徹底。

7 結語

離子反應發生的條件是生成更難電離的電解質或更難溶的電解質，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或溶度積。當有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應時，還要進一步考慮各個物質的相對用量，以分析其對應的生成物。當既有可能生成弱電解質，又有可能生成難溶電解質時，則需要看兩個因素的主次關系，以判斷反應發生的情況。

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[14]人教社化學室.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎（選修5）[M].北京：人民教育出版社，2007：32.

在人教版《有機化學基礎》（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[14]，發現CuSO4溶液中出現黑色混濁，這是CuS沉淀。也就是說，乙炔中混有的H2S氣體與CuSO4溶液發生反應：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

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

通過計算上述反應的平衡常數更能說明問題。查閱資料發現，常溫下H2S的一級電離平衡常數為8.9×10-8，二級電離平衡常數為1.2×10-14。CuS的溶度積為6×10-36 [15]。經過計算，CuSO4+H2S=CuS+H2SO4的平衡常數K=1.78×1014，是比較大的，說明該反應確實可以發生，而且進行得比較徹底。

7 結語

離子反應發生的條件是生成更難電離的電解質或更難溶的電解質，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或溶度積。當有多元弱酸或多元弱酸鹽參與反應時，還要進一步考慮各個物質的相對用量，以分析其對應的生成物。當既有可能生成弱電解質，又有可能生成難溶電解質時，則需要看兩個因素的主次關系，以判斷反應發生的情況。

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