離子反應(yīng)高考考情梳理

雷范軍

離子反應(yīng)是高考必考的核心知識(shí)，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》要求同學(xué)們認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離，能用電離方程式表示某些酸、堿、鹽的電離，通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)探究電解質(zhì)溶液中離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件，能用離子方程式正確表示典型物質(zhì)的主要化學(xué)性質(zhì)，了解離子的檢驗(yàn)方法，下面結(jié)合典型試題分類予以分析。

一、電離及物質(zhì)檢驗(yàn)

【例1】（2021·高考組合題）下列說法正確的是（ ）

A.（海南卷）一次性鑒別等濃度的KNO3、NH4Cl、Na2CO3三種溶液，可以采取測(cè)定pH、焰色試驗(yàn)、滴加AlCl3溶液、滴加飽和Ca（OH）2溶液并微熱的方法

B.（天津卷）設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，1 L 1 mol·L-1 HCl溶液中，HCl分子的數(shù)目為NA

C.（廣東卷）鳥嘌呤（G）是一種有機(jī)弱堿，與鹽酸反應(yīng)生成鹽酸鹽（用GHCl表示）。已知GHCl水溶液呈酸性，GHCl在水中的電離方程式為：GHCl = G+HCl

D.（湖南卷）檢驗(yàn)溶液中FeSO4是否被氧化，取少量待測(cè)液，滴加KSCN溶液，觀察溶液顏色變化

【解析】KNO3溶液顯中性，NH4Cl溶液顯酸性，Na2CO3溶液顯堿性，可以用測(cè)定pH的方法鑒別;KNO3的焰色試驗(yàn)中現(xiàn)象為透過藍(lán)色鈷玻璃為紫色，NH4Cl的焰色試驗(yàn)中無現(xiàn)象，Na2CO3的焰色試驗(yàn)中現(xiàn)象為黃色，可以用焰色試驗(yàn)的方法鑒別;KNO3、NH4Cl、Na2CO3中只有Na2CO3能與AlCl3反應(yīng)有現(xiàn)象，KNO3和NH4Cl不能鑒別;2 NH4Cl+Ca（OH）2CaCl2+2NH3↑+2 H2O有刺激性氣味氣體產(chǎn)生，Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2 NaOH有白色沉淀產(chǎn)生，而KNO3不反應(yīng)無現(xiàn)象，可以鑒別，A錯(cuò)誤;由n=cV可知，n（HCl）=1 mol，HCl在水溶液里是完全電離的強(qiáng)電解質(zhì)，不能再以1 mol HCl分子的形式存在，而是變?yōu)? mol H+、1 mol Cl-，B錯(cuò)誤;依據(jù)已知信息可知，GHCl為強(qiáng)酸弱堿鹽，在水中電離方程式為GHCl=GH++Cl-，C錯(cuò)誤;若Fe2+被氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+能與SCN-生成Fe（SCN）3，溶液變成血紅色，能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模珼正確。

【答案】D

【聯(lián)線教材】教科書以電離為生長(zhǎng)點(diǎn)，辨別強(qiáng)電解質(zhì)還是弱電解質(zhì)，辨認(rèn)常見電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)存在形式、常見離子的檢驗(yàn)，均屬于考生應(yīng)知應(yīng)會(huì)的必備知識(shí)，而真實(shí)情境下陌生電解質(zhì)的電離及其常見離子的檢驗(yàn)原理和方法，則屬于考生必須學(xué)會(huì)遷移的關(guān)鍵能力。

二、離子共存

【例2】（2021·天津）常溫下，下列各組離子在給定溶液中能大量共存的是（ ）

A. pH=1的溶液：Fe2+、Mg2+、SO42-、NO3-

B. pH=12的溶液：K+、Na+、NO3-、CO32-

C. pH=7的溶液：Na+、Cu2+、S2-、Cl-

D. pH=7的溶液：Al3+、K+、Cl-、HCO3-

【解析】pH=1的溶液呈酸性，強(qiáng)氧化性的NO3-與強(qiáng)還原性的Fe2+在酸性條件下會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為3Fe2++NO3-+4 H+=3Fe2++NO↑+2H2O，A錯(cuò)誤;pH=12的溶液呈堿性，K+、Na+、NO3-、CO32-與OH-既不能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)又不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)或絡(luò)合反應(yīng)等，因此能大量共存，B正確;pH=7的溶液中，Cu2+、S2-會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，Cu2++S2-=CuS↓，因此不能大量共存，C錯(cuò)誤;pH=7的溶液中，Al3+、HCO3-會(huì)發(fā)生雙水解，Al3++3 HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑，因此不能大量共存，D錯(cuò)誤。

【答案】B

【連線教材】教科書以離子反應(yīng)發(fā)生的條件為例，介紹了酸堿鹽溶液參與的復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、鹽類水解、絡(luò)合反應(yīng)發(fā)生的條件與反應(yīng)規(guī)律，離子之間發(fā)生上述反應(yīng)就不能大量共存，不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)則能夠大量共存。本題考查限定條件下給定溶液中離子是否大量共存，關(guān)鍵要弄清楚強(qiáng)氧化性離子和強(qiáng)還原性離子容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)或雙水解反應(yīng)發(fā)生的條件，熟練掌握元素化合物性質(zhì)、變化和用途。

三、粒子共存的判斷其解釋

【例3】（2021·湖南）對(duì)下列粒子組在溶液中能否大量共存的判斷和分析均正確的是（ ）

【解析】Al3+和NH3·H2O生成Al（OH）3沉淀而不是生成AlO2-，A錯(cuò)誤;S2O32-和H+反應(yīng)生成單質(zhì)硫、二氧化硫和水，離子方程式為2 H++S2O32-=S↓+SO2↑+H2O，B正確;Fe3+可以將H2O2氧化得Fe2+和O2，離子方程式為2 Fe3++H2O2=2 Fe2++O2↑+2 H+，因此不能大量共存，C錯(cuò)誤;在酸性條件下，強(qiáng)氧化性的MnO4-能將強(qiáng)還原性的Cl-氧化為Cl2，2 MnO4-+16 H++10 Cl-=2 Mn2++5 Cl2↑+8 H2O，因此不能大量共存，D錯(cuò)誤。

【答案】B

【聯(lián)線教材】本題考查離子共存及其原因解釋，教科書中介紹離子方程式的書寫步驟、注意事項(xiàng)和常見元素化合物知識(shí)，離子共存與離子方程式之間具有內(nèi)在的關(guān)系。解答此類型題不僅要求考生對(duì)離子共存要知其然，更要求對(duì)解釋共存與否要知其所以然。

四、通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)探究酸堿鹽反應(yīng)實(shí)質(zhì)

【例4】（2021·北京）使用如圖裝置（攪拌裝置略）探究溶液離子濃度變化，燈光變化不可能出現(xiàn)“亮→暗（或滅）→亮”現(xiàn)象的是

【解析】Ba（OH）2與CuSO4發(fā)生離子反應(yīng)：Ba2++2 OH-+Cu2++SO42-=BaSO4↓+Cu（OH）2↓，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中自由移動(dòng)的離子濃度減小，燈泡變暗，當(dāng)二者恰好反應(yīng)時(shí)，溶液中幾乎不存在自由移動(dòng)的微粒，燈泡完全熄滅;當(dāng)CuSO4溶液過量時(shí)，其電離產(chǎn)生的Cu2+、SO42-導(dǎo)電，使燈泡逐漸又變亮，A不符合題意;Ca（OH）2與NH4HCO3發(fā)生離子反應(yīng)：Ca2++2 OH-+NH4++HCO3-=CaCO3↓+H2O+NH3·H2O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中自由移動(dòng)離子濃度減小，燈泡逐漸變暗，當(dāng)二者恰好反應(yīng)時(shí)，溶液中自由移動(dòng)的微粒濃度很小，燈泡很暗。當(dāng) NH4HCO3溶液過量時(shí)，其電離產(chǎn)生的NH4+、HCO3-導(dǎo)電，使燈泡逐漸又變亮，B不符合題意;Ba（OH）2與H2SO4發(fā)生離子反應(yīng)：Ba2++2 OH-+2 H++SO42-=BaSO4↓+2 H2O，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中自由移動(dòng)的離子濃度減小，燈泡變暗，當(dāng)二者恰好反應(yīng)時(shí)，溶液中幾乎不存在自由移動(dòng)的微粒，燈泡完全熄滅。當(dāng)H2SO4溶液過量時(shí)，其電離產(chǎn)生的H+、SO42-導(dǎo)電，使燈泡逐漸又變亮，C不符合題意;CH3COOH與氨水發(fā)生離子反應(yīng)：CH3COOH+NH3·H2O=CH3COO-+NH4++H2O，反應(yīng)后自由移動(dòng)的離子濃度增大，溶液導(dǎo)電能力增強(qiáng)，燈泡更明亮，不出現(xiàn)亮—滅（或暗）—亮的變化，D符合題意。

【答案】D

【教材連線】教材以酸堿鹽的電離和溶液導(dǎo)電性為例，認(rèn)識(shí)電離和電離方程式，這種宏微結(jié)合加深學(xué)科知識(shí)理解的研究方法可以遷移到離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)理解，通過實(shí)驗(yàn)探究可以達(dá)到見微知著、見著知微的目的。

五、離子方程式的正誤判斷

【例5】（2021·高考組合題）下列過程中的化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)的離子方程式正確的是（ ）

A.（全國(guó)乙卷）用碳酸鈉溶液處理水垢中的硫酸鈣：CO32-+CaSO4=CaCO3+SO42-

B.（湖北卷）向次氯酸鈣溶液中通入少量二氧化碳?xì)怏w：ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO-3

C.（廣東卷）SO2通入酸性KMnO4溶液中：5 SO2+4 OH-+ 2 MnO4-=5 SO42-+2 H2O+2 Mn2+

D.（遼寧卷）SO2與KClO溶液反應(yīng)：SO2+2ClO-+H2O=2HClO+SO32-

【解析】硫酸鈣微溶，用碳酸鈉溶液處理水垢中的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為難溶的碳酸鈣，離子方程式為：CO32-+CaSO4=CaCO3+SO42-，A正確;向次氯酸鈣溶液中通入少量CO2氣體，發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3和HClO：Ca2++2 ClO-+H2O+CO2=CaCO3↓+2HClO，B錯(cuò)誤;酸性溶液中不可能大量存在OH-，SO2通入酸性KMnO4溶液中，SO2被MnO4-氧化為SO42-，MnO4-被SO2還原為Mn2+，再根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和元素守恒可得離子方程式為5 SO2+2 H2O+2 MnO4-=5 SO42-+4 H++2 Mn2+，C錯(cuò)誤;由于ClO-具有強(qiáng)氧化性，SO2具有強(qiáng)還原性，SO2與KClO溶液反應(yīng)的離子方程式為SO2+ClO-+H2O=2 H++Cl-+SO42-，D錯(cuò)誤。

【答案】A

【連線教材】本題考查離子方程式書寫的步驟、注意事項(xiàng)和規(guī)律，涉及微溶物、難溶物、弱電解質(zhì)、單質(zhì)、氣體、沉淀等化學(xué)式的處理，氧化還原反應(yīng)的電子守恒、電荷守恒和原子守恒原理等問題。

六、真實(shí)問題情境下離子方程式的書寫

【例6】（1）（2021·全國(guó)乙卷節(jié)選）磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。

TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是_______。

（2）（2021全國(guó)乙卷節(jié)選）氧化石墨烯具有穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在能源、材料等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，通過氧化剝離石墨制備氧化石墨烯的一種方法如下（轉(zhuǎn)置如圖所示）：

Ⅰ. 將濃H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中，劇烈攪拌下，分批緩慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。

Ⅱ. 轉(zhuǎn)至油浴中，35℃攪拌1小時(shí)，緩慢滴加一定量的蒸餾水。升溫至98℃并保持1小時(shí)。

Ⅲ. 轉(zhuǎn)移至大燒杯中，靜置冷卻至室溫。加入大量蒸餾水，而后滴加H2O2至懸濁液由紫色變?yōu)橥咙S色。

Ⅳ. 離心分離，稀鹽酸洗滌沉淀。

Ⅴ. 蒸餾水洗滌沉淀。

Ⅵ. 冷凍干燥，得到土黃色的氧化石墨烯。

步驟Ⅲ中，H2O2的作用是?????????????????????????????????? （以離子方程式表示）。

（3）（2021全國(guó)甲卷節(jié)選）碘（紫黑色固體，微溶于水）及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面。回答下列問題：

① I2的一種制備方法如下圖所示：

加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為_______，生成的沉淀與硝酸反應(yīng)，生成_______后可循環(huán)使用。

② 以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入過量的NaHSO3，生成碘化物;再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2，上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_______。

（4）（2021廣東卷節(jié)選）鈷（Co）的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。電解時(shí)總反應(yīng)的離子方程式為??????????? 。

（5）（2021湖南節(jié)選）Ce2（CO3）3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨(dú)居石中，鈰（Ce）主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質(zhì)。以獨(dú)居石為原料制備Ce2（CO3）3·nH2O的工藝流程如下：

“沉鈰”過程中，生成Ce2（CO3）3·nH2O的離子方程式為_______。

（6）（2021河北節(jié)選）綠色化學(xué)在推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種熔鹽液相氧化法制備高價(jià)鉻鹽的新工藝，該工藝不消耗除鉻鐵礦、氫氧化鈉和空氣以外的其他原料，不產(chǎn)生廢棄物，實(shí)現(xiàn)了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na+內(nèi)循環(huán)。工藝流程如圖：

工序③中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______。

【解析】（1）酸溶后將TiOSO4溶液加入熱水稀釋并適當(dāng)加熱，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·x H2O沉淀和硫酸，反應(yīng)的離子方程式為TiO2++（x+1）H2OTiO2·xH2O↓+2H+;

（2）由滴加H2O2后發(fā)生的現(xiàn)象可知，加目的是除去過量的KMnO4，則反應(yīng)的離子方程式為入的

2 MnO4-+5 H2O2+6 H+ =2 Mn2++5 O2↑+8 H2O;

（3）①由流程圖可知懸濁液中含AgI ，AgI可與Fe反應(yīng)生成FeI2和Ag，F(xiàn)eI2易溶于水，在離子方程式中能拆，加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為2 AgI+Fe=2 Ag+Fe2++2 I-，生成的銀能與硝酸反應(yīng)生成硝酸銀參與循環(huán)中;

②先向NaIO3溶液中加入計(jì)量的NaHSO3，生成碘化物即含I-的物質(zhì);再向混合溶液中（含I-）加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2，上述制備I2的兩個(gè)反應(yīng)中I-為中間產(chǎn)物，總反應(yīng)為IO3-與HSO3-發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成SO42-和I2，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒]及元素守恒配平離子方程式即可得：

2 IO3-+5 HSO3-=I2+5 SO42-+3 H++H2O;

（4）由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽(yáng)極，水在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2 H2O-4e-=O2↑+4 H+，Ⅰ室中陽(yáng)離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過陽(yáng)離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動(dòng)，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鈷，電極反應(yīng)式為Co2++2 e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽(yáng)離子電荷數(shù)，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動(dòng)，電解的總反應(yīng)的離子方程式為：

（5）用碳酸氫銨“沉鈰”，則結(jié)合原子守恒、電荷守恒可知生成Ce2（CO3）3·nH2O的離子方程式為：

6 HCO3-+2 Ce3++（n-3）H2O=Ce2（CO3）3·nH2O+3 CO2↑;

（6）工序③中發(fā)生的反應(yīng)為鉻酸鈉溶液與過量的二氧化碳反應(yīng)生成重鉻酸鈉和碳酸氫鈉沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：

2 Na++2 CrO42-+2 CO2+H2O=Cr2O72-+2 NaHCO3↓。

【答案】（1）TiO2++（x+1）H2OTiO2·xH2O↓+2H+? （2）2 MnO4-+5 H2O2+6 H+=2 Mn2++5 O2↑+8 H2O? （3）① 2 AgI +Fe=2 Ag+Fe2++2 I-??? AgNO3??? ② 2 IO3-+5 HSO3-=I2+5 SO42-+3 H++H2O?? （4）2 Co2++2 H2O2 Co+O2↑+4 H+?? （5）6 HCO3-+2 Ce3++（n-3）H2O=Ce2（CO3）3·nH2O+3 CO2↑? （6）2 Na++2 CrO42-+2 CO2+H2O=Cr2O72-+2 NaHCO3↓

【連線教材】教科書中介紹了鹽類水解的應(yīng)用，本題基于工業(yè)生產(chǎn)中資源綜合利用真實(shí)問題情境，考查工藝流程圖中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的水解反應(yīng)離子方程式的書寫，可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行證據(jù)推理，考查內(nèi)容包含知識(shí)、能力、素養(yǎng)、價(jià)值多個(gè)維度，考查要求涉及基礎(chǔ)性、綜合性和應(yīng)用性等方面。

基于上述六類試題不難看出，電離與離子反應(yīng)高考題型種類豐富多樣，考查知識(shí)源于教科書但又高于教科書，強(qiáng)弱電解質(zhì)、離子共存、離子方程式的考查常考常新。復(fù)習(xí)本部分內(nèi)容的關(guān)鍵不在于機(jī)械刷題或題海訓(xùn)練，而在于融會(huì)貫通、舉一反三，惟有學(xué)會(huì)遷移應(yīng)用，才能真正掌握陌生情境下離子共存判斷或離子方程式書寫問題的分析與解答。

責(zé)任編輯 李平安