化學(xué)學(xué)習(xí)中,常會遇到一種物質(zhì)與幾種物質(zhì)相遇而且都能反應(yīng)的情況,這時判斷反應(yīng)的先后順序往往就成了解決此類問題的關(guān)鍵。先后順序不清,就會把簡單的問題復(fù)雜化,甚至得出錯誤結(jié)論。下面我把自己教學(xué)中遇到的需要判斷反應(yīng)先后的問題作以簡單的分析歸納。
一、氧化還原型離子反應(yīng)先后順序
氧化還原遵循“先后律”進(jìn)行反應(yīng),即同一氧化劑遇到不同還原劑,還原性強(qiáng)的物質(zhì)優(yōu)先反應(yīng)。反之,同一還原劑遇到不同氧化劑,氧化性強(qiáng)的物質(zhì)優(yōu)先反應(yīng)。
例:已知Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+,Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+?,F(xiàn)把等物質(zhì)的量的CuSO4、FeCl3和Zn置于水中充分反應(yīng),溶液中所得離子除SO42-和Cl-外還含有( )
A.Zn2+、Cu、Fe3+ B.Zn、Cu2+、Fe3+
C.Zn2+、Cu2+、Fe、Fe2+ D.Zn2+、Cu2+、Fe2+
解析:題設(shè)離子的氧化性強(qiáng)弱順序?yàn)镕e3+﹥Cu2+﹥Fe2+,與等物質(zhì)的量Zn發(fā)生下列先后順序的離子反應(yīng):
①Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+②Zn+Cu2+=Zn2++Cu
③Zn+Fe2+=Zn2++Fe
設(shè)CuSO4、FeCl3和Zn的物質(zhì)的量均為1mol,則與Fe3+反應(yīng)的Zn的物質(zhì)的量為0.5mol,另0.5mol Zn與0.5mol Cu2+反應(yīng),余下0.5mol Cu2+,故溶液中含有的金屬陽離子為Fe2+、Zn2+、Cu2+。正確答案為D。
二、復(fù)分解型離子反應(yīng)先后順序
復(fù)分解型離子反應(yīng)的先后原則為:生成的電解質(zhì)越弱越優(yōu)先反應(yīng),同理,生成的沉淀溶解度越小,越優(yōu)先反應(yīng),但有時也要考慮離子共存(例如雙水解)的影響。
例:在含有NH4+、Al3+、H+、Mg2+溶液中逐滴滴入NaOH,依次寫出各步離子方程式。
解析:根據(jù)離子反應(yīng)條件,上述離子均能與OH-反應(yīng)生成難電離的物質(zhì)及沉淀而反應(yīng)。但有先后問題,由于H2O是高中化學(xué)所學(xué)最弱的電解質(zhì)(且H+與Mg(OH)2及Al(OH)3不共存),故H+優(yōu)先于其他離子與OH-反應(yīng),Mg2+與Al3+優(yōu)先于NH4+反應(yīng),因?yàn)楦y電離或者可解釋為NH4+生成的NH3·H2O又可與Mg2+及Al3+反應(yīng)后變成NH4+, 由于Al(OH)3更弱更難溶, 所以Al3+優(yōu)先于Mg2+反應(yīng),此時除了剩下的NH4+可與OH-反應(yīng)外,還有生成的Al(OH)3也可與OH-反應(yīng),哪一個優(yōu)先反應(yīng)呢?可借助雙水解判斷。假設(shè) Al(OH)3 先反應(yīng),則生成的AlO2-與NH4+又發(fā)生水解而不能共存,重新生成Al(OH)3及NH3·H2O, 所以NH4+先反應(yīng)。故先后發(fā)生的離子反應(yīng)依次為:
①H++ OH-=H2O ②Al3++3 OH-=Al(OH)3↓
③Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
④NH4++ OH-=NH3·H2O
⑤Al(OH)3+ OH-=AlO2-+2H2O
感悟:在復(fù)雜的復(fù)分解反應(yīng)體系中,生成物質(zhì)越穩(wěn)定的越先反應(yīng),根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn),一般酸堿中和反應(yīng)最先進(jìn)行,然后是生成沉淀的反應(yīng),生成沉淀的溶解性越小又越容易生成,最后是生成可溶性的弱酸或弱堿的反應(yīng)。還有一種辦法:如果3種物質(zhì),先假設(shè)2種反應(yīng),再看產(chǎn)物和第3種是否能反應(yīng),能反應(yīng)就是開始的兩種物質(zhì)后反應(yīng),第3種物質(zhì)和前兩種的一種先反應(yīng)。只要滿足產(chǎn)物能和沒反應(yīng)的共存就可以了。既“先生成必穩(wěn)定”。沉淀反應(yīng)可根據(jù)Ksp判斷優(yōu)先反應(yīng)(Ksp小的),因?yàn)镵sp大的沉淀能繼續(xù)生成更穩(wěn)定的Ksp小的沉淀。
三、堿金屬化合物中常見的反應(yīng)先后順序
例:Na2O2粉末與過量NaHCO3于密閉容器中高溫加熱,充分反應(yīng)后排出生成氣體,則剩余的固體為:
A. Na2CO3 B.NaOH
C. Na2CO3與NaOH D.NaHCO3
解析:NaHCO3熱穩(wěn)定性差,在密閉容器中加熱可分解,2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2,無NaHCO3剩余,D錯誤,但生成的H2O及CO2都與Na2O2反應(yīng):
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
固體產(chǎn)物有可能是NaOH及Na2CO3,但由于Na2O2不足量,所以須討論CO2、H2O與Na2O2是同時反應(yīng),還是先后反應(yīng),若同時反應(yīng)或H2O先反應(yīng),則答案為C:若CO2先反應(yīng),則答案為A,下面就來解決反應(yīng)順序問題。直接認(rèn)為先是Na2O2和CO2反應(yīng),如果Na2O2有剩余,再考慮和H2O的反應(yīng)。理由:設(shè)H2O先反應(yīng),則生成的NaOH又會與CO2反應(yīng),再生成水,結(jié)果相當(dāng)于CO2優(yōu)先反應(yīng),H2O后反應(yīng)。故該題答案只能A,因?yàn)镃O2過量,H2O無機(jī)會反應(yīng)。
感悟:堿金屬化合物中涉及到的這兩類先后問題,實(shí)際上可能并無真正的先后,只是理論計算上的一種需要。因此,對于某些化學(xué)過程,可以根據(jù)理論計算的要求人為的定出先后(根據(jù)反應(yīng)總結(jié)果),方便計算。
學(xué)習(xí)過程中,我還遇到很多需要判斷反應(yīng)先后的問題,只要搞清楚反應(yīng)原理,并善于思考,這些問題大都能迎刃而解。
作者單位 西安市第七十中學(xué)
編輯 張曉楠