高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 离子反应第3课时学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 离子反应第3课时学案，共8页。学案主要包含了学习目标，自主预习，参考答案，效果检测，合作探究，核心归纳，典型例题，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.利用离子反应及发生条件判断离子能否大量共存、进行离子推断等。
2.利用离子反应及发生条件进行物质制备,物质的分离、提纯和鉴定等。
【自主预习】
1.写出下列反应的离子方程式
(1)氢氧化钠溶液与硫酸溶液: 。
(2)氯化钠溶液与硝酸银溶液: 。
(3)氢氧化钡溶液和硫酸溶液: 。
(4)铁与硫酸铜溶液: 。
(5)碳酸钠溶液与氢氧化钙溶液: 。
(6)铁与稀盐酸: 。
2.离子反应发生的条件
(1)复分解反应类型,发生离子反应的条件有: ; ; 。只要具备上述条件之一,反应就能发生。
(2)置换反应类型,发生离子反应的条件是 。
3.离子大量共存的本质
几种离子在同一溶液中能大量共存,就是指离子之间 ;若离子之间能 ,则不能大量共存。
请列举你知道的溶液中的有色离子,并注明颜色: 。
4.物质的分离和提纯
(1)物质除杂的方法
不溶性杂质溶解过滤即可除去;除去可溶性杂质常用的方法有吸收法和转化法等。
(2)物质除杂的原则
①所加除杂试剂需要 ;且过量试剂需要 。
②选择合适添加试剂的顺序,保证除杂效果:不减少 、不引入 、易于分离和复原。
【参考答案】1.(1)H++OH- H2O (2)Ag++Cl- AgCl↓
(3)2H++SO42-+Ba2++2OH- BaSO4↓+2H2O
(4)Fe+Cu2+ Fe2++Cu (5)Ca2++CO32- CaCO3↓ (6)Fe+2H+Fe2++H2↑
2.(1)有水生成 有气体生成 有沉淀生成 (2)金属活动性强的金属能将金属活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来
3.不能发生离子反应 发生反应 Cu2+,蓝色;Fe2+,浅绿色;Fe3+,棕黄色;MnO4-,紫红色
4.(2)①足量(或过量) 易除去 ②主要物质 新杂质
【效果检测】
1.判断下列各组离子能否大量共存,并说明理由。
①Ca2+ Na+ CO32- NO3-
②Ca2+ Na+ SO42- NO3-
③H+ K+ Cl- OH-
④NH4+ K+ OH- SO42-
⑤H+ K+ HCO3- SO42-
⑥Na+ K+ CO32- OH-
【答案】①生成难溶物CaCO3
②生成微溶物CaSO4
③生成水
④生成NH3·H2O
⑤生成H2O和CO2
⑥能大量共存
2.选择合适的试剂除去下列杂质(括号中的物质为杂质)。
(1)SO42-(CO32-),试剂: ;
(2)Cl-(SO42- ),试剂: ;
(3)Fe2+(Cu2+ ),试剂: ;
(4)Cl-(CO32- ),试剂: 。
【答案】(1)H2SO4 (2)BaCl2 (3)Fe (4)HCl
3.写出题2中反应的离子方程式。
【答案】(1)2H++CO32-CO2↑+H2O
(2)Ba2++SO42-BaSO4↓
(3)Cu2++FeCu+Fe2+
(4)2H++CO32-CO2↑+H2O
【合作探究】
任务1：离子共存与推断
情境导入 尊重自然、顺应自然、保护自然,是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。
某河道两旁有甲、乙两工厂。它们排放的工业废水中,共含K+、Ag+、Fe3+、Cl-、OH-、NO3-六种离子。
问题生成
1.甲厂的废水呈碱性,则甲厂废水中所含的三种离子是什么?
【答案】(1)甲厂废水呈碱性,则溶液中含有大量的OH-,与OH-反应的Ag+、Fe3+不能大量存在,根据溶液呈电中性可知,甲厂废水中应含有K+,乙厂废水中含有Ag+、Fe3+,则乙厂中Cl-、OH-不能存在,根据溶液呈电中性可知,乙厂还有NO3-。由此可知,甲厂废水含有K+、Cl-、OH-,乙厂废水含有Ag+、Fe3+、NO3-。
2.乙厂废水中含有另外三种离子。如果加入一定量的物质A可以回收其中的某种金属B,A、B分别是什么?
【答案】乙厂废水中含有的金属离子有Ag+、Fe3+,加入单质Fe,可置换出Ag,故A为Fe,B为Ag。
3.在污水处理厂某技术人员提出了另一种设想:将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合,经过滤后的废水,可用来浇灌农田。你能解释其中的原因吗?
【答案】将甲厂和乙厂的废水按适当的比例混合,可生成AgCl、Fe(OH)3沉淀,经过滤后的废水中溶质主要为KNO3。
【核心归纳】
1.离子在溶液中能否大量共存的判断
(1)离子不能大量共存的三种情况
①生成难溶或微溶物质的离子不能大量共存。
a.生成难溶性的盐:Ca2+与CO32-,Ba2+与CO32-、SO42-,Ag+与Cl-等。
b.生成难溶性的碱:OH-与Cu2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+等。
②生成气体的离子不能大量共存。
H+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-等。
③生成水或其他难电离物质的离子不能大量共存。
H+与OH-、CH3COO-;OH-与NH4+等。
(2)注意事项——“隐含条件”
①“无色透明”溶液中不存在有色离子,如:
②酸性溶液中不能大量存在与H+反应的离子。“酸性”的不同描述:
a.酸性溶液
b.常温下pH7的溶液
c.使紫色石蕊试液变蓝的溶液
d.使无色酚酞溶液变红的溶液
e.使pH试纸变蓝的溶液
2.离子推断常用的原则
【典型例题】
【例1】下列各组离子中能大量共存的是( )。
A.无色溶液中:K+、Na+、MnO4-、SO42-
B.在酸性溶液中:Mg2+、Na+、SO42-、Cl-
C.能使pH试纸变蓝色的溶液:Cl-、HCO3-、SO42-、NH4+
D.碱性溶液中:K+、Cl-、NO3-、Cu2+
【答案】B
【解析】A项,含MnO4-的溶液显紫红色,在无色溶液中不能大量存在;B项,在酸性溶液中,Mg2+、Na+、SO42-、Cl-互不反应,能大量共存;C项,能使pH试纸变蓝色的溶液显碱性,OH-、HCO3-会反应生成CO32-,OH-、NH4+会反应生成NH3·H2O,不能大量共存;D项,碱性溶液中,OH-、Cu2+反应生成氢氧化铜沉淀,不能大量共存。
【例2】某无色溶液中只可能含有K+、Ag+、Ba2+、Cu2+、Cl-、OH-、CO32-、SO42-中的一种或几种,对其进行如下实验操作:
(1)取少量溶液,滴加无色酚酞溶液,酚酞变红;
(2)另取少量溶液,加入足量BaCl2溶液,产生白色沉淀;
(3)向(2)所得混合物中加足量盐酸,沉淀部分溶解,并有无色气体生成;
(4)将(3)所得混合物过滤,向滤液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成。
下列对该溶液的说法正确的是( )。
A.一定含有K+、OH-、CO32-、SO42-
B.可能含有Cl-、OH-
C.一定不含有Ag+、Ba2+、Cu2+、Cl-
D.可能含有K+
【答案】A
【解析】(1)无色溶液不含Cu2+,滴加无色酚酞溶液变红,说明含OH-,不含Ag+;(2)加入足量BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明含CO32-或SO42-或两者都有,不含Ba2+,根据电荷守恒,溶液中含有K+;(3)向混合物中加足量盐酸,沉淀部分溶解,并有无色气体产生,说明原溶液中含CO32-和SO42-;(4)向滤液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成,说明滤液中含有Cl-,但可能是加入的BaCl2溶液及盐酸引入的,不能确定原溶液是否含有Cl-。综上所述,原溶液中一定含有K+、OH-、CO32-、SO42-,可能含有Cl-。
灵犀一点：解答离子共存问题时,一定要认真审查题干信息,尤其审清是否有隐含限制条件。三类隐含条件:
(1)溶液无色时,则不能含有色离子。如Fe3+(棕黄色)、MnO4- (紫红色)、Fe2+(浅绿色)、Cu2+(蓝色)。
(2)强酸性溶液中不存在能与H+反应的离子[OH-和弱酸根离子(如CO32-、HCO3-、CH3COO- )等]。
(3)碱性溶液中不存在与OH-反应的离子(弱碱的阳离子、弱酸的酸式酸根离子和H+)。
任务2：离子反应的应用(知识拓展)
【核心归纳】
离子反应的应用
(1)混合物的分离
如对于含有Mg2+、Na+、Cl-的溶液,向其中加入稍过量的NaOH溶液后过滤,再向滤液中加入适量的盐酸即可得到NaCl溶液,然后向所得到的沉淀中也加适量盐酸溶解,即可得到MgCl2溶液,这样就能将共存的Mg2+、Na+分离。
(2)物质的提纯
如对于含有Na2SO4的粗盐,加水溶解后先加入稍过量的BaCl2溶液,再加入稍过量的Na2CO3溶液,过滤;向滤液中加入稍过量的HCl溶液;蒸发结晶,即得精盐。
(3)化合物组成成分的分析和鉴定
如对于无色气体A的水溶液,向其中加入少量的Na2CO3溶液,逸出无色、无味并可使澄清石灰水变浑浊的气体,再向溶液中滴加用HNO3酸化的AgNO3溶液,又生成白色沉淀,则生成该气体的离子方程式为2H++CO32-CO2↑+H2O,生成该沉淀的离子方程式为Cl-+Ag+AgCl↓,从而证明原无色气体A的水溶液中含有H+和Cl-,则A应为HCl气体。
(4)物质的鉴别
如鉴别失去标签的四种溶液:Na2CO3溶液、NaCl溶液、Na2SO4溶液、MgCl2溶液,各取1~2 mL分别注入四支试管中,先向各试管内滴入少量Ba(OH)2溶液,再滴入足量稀盐酸,观察现象。若无明显现象产生,则原溶液是NaCl溶液;若生成白色沉淀且沉淀不溶于稀盐酸,则原溶液是Na2SO4溶液;若生成白色沉淀且沉淀溶于稀盐酸并有气体逸出,则原溶液是Na2CO3溶液;若生成白色沉淀且沉淀溶于稀盐酸但无气体逸出,则原溶液是MgCl2溶液。
(5)治理水污染
如一种污水中含有KCl,另一种污水中含有AgNO3,若将这两种污水按适当的比例混合,则发生离子反应Ag++Cl-AgCl↓。将混合后的水经过滤后再排放,不但消除了水污染,而且还能回收AgCl,用这样的水浇灌农田又能提供植物的肥料(K+和NO3-)。
【典型例题】
【例3】下列除去杂质的实验方法正确的是( )。
A.除去CO中的少量O2:通过灼热的铜网后收集气体
B.除去K2CO3固体中的少量KHCO3:加入稀盐酸
C.除去KCl溶液中的少量MgCl2:加入适量NaOH溶液,过滤
D.除去NaCl中的少量Na2CO3: 加入适量盐酸
【答案】D
【解析】通过灼热的铜网后,氧气可以和金属铜发生反应生成氧化铜,并且一氧化碳会和CuO反应生成二氧化碳,消耗CO且引入了新杂质,A项错误;碳酸钾、碳酸氢钾均能与盐酸反应生成氯化钾,B项错误;加入适量NaOH溶液生成NaCl,引入新杂质,C项错误;HCl和Na2CO3反应生成NaCl,可除去杂质,D项正确。
【例4】有一包白色固体粉末,其中可能含有KCl、Ba(NO3)2、CuSO4、Na2CO3中的一种或几种,现做以下实验(所加试剂均足量):
下列说法正确的是( )。
A.原粉末中一定有KCl、Na2CO3、Ba(NO3)2
B.KCl是否存在无法确定,需进一步实验确定
C.白色沉淀乙可能是AgCl和Ag2CO3的混合物
D.原粉末中一定没有CuSO4,可能有KCl
【答案】A
【解析】固体粉末加水溶解后过滤,有完全溶于稀HNO3的滤渣,该滤渣可能是BaCO3或CuCO3,即原粉末中一定含Na2CO3;滤液中加稀硫酸生成的白色沉淀甲为BaSO4,即原粉末中一定含Ba(NO3)2,则一定无CuSO4;滤液中加AgNO3生成的白色沉淀乙应为AgCl,即原粉末中含KCl。由上述分析可知,原粉末中一定有KCl、Na2CO3、Ba(NO3)2,A项正确;原粉末中一定有KCl,B项错误;滤液中含Ba2+,则肯定没有CO32-,即白色沉淀乙是AgCl,不可能含Ag2CO3,C项错误;由分析可知,原粉末中一定没有CuSO4,一定有KCl,D项错误。
【随堂检测】
1.某无色透明的碱性溶液中,能大量共存的离子组是( )。
A.Na+、H+、SO42-、HCO3-
B.Cu2+、K+、SO42-、NO3-
C.Na+、K+、Cl-、NO3-
D.Mg2+、K+、SO42-、Cl-
【答案】C
【解析】A项,H+与HCO3-结合可生成水和气体,且在碱性条件下H+与HCO3-均不能大量存在;B项,Cu2+有颜色,且在碱性条件下不能大量存在;C项,溶液无色,碱性条件下不发生任何反应;D项,碱性条件下Mg2+不能大量存在。
2.某同学从一瓶未知的无色溶液中检验出有Ba2+、Ag+,同时溶液的酸性较强,他还准备继续检验溶液中是否含有Cu2+、Cl-、CO32-、K+、SO42-、NO3-等离子。显然,有些离子还必须检验,有些离子已不需检验。你认为还必须检验的离子有( )。
A.仅K+ B.仅NO3-
C.K+和NO3-D.K+或NO3-
【答案】A
【解析】由溶液呈无色,推知无Cu2+;因含有大量H+、Ba2+、Ag+,故与之不能大量共存的离子有Cl-、SO42-、CO32-,其中阴离子只有NO3-,根据电中性原理,无须检验。剩余K+还需检验。
3.重金属离子有毒性。 实验室有甲、 乙两种废液,均有一定毒性。 甲废液经化验呈碱性,主要有毒离子为 Ba2+,若将甲、 乙两废液按一定比例混合,毒性明显降低。 乙废液中可能含有的离子是( )。
A.Cu2+ 和 SO42-B.Cu2+ 和 Cl-
C.K+ 和 SO42-D.Ag+ 和NO3-
【答案】A
【解析】甲废液中主要毒性物质可看作是 Ba(OH)2,乙废液有一定毒性且与甲废液按一定比例混合后毒性明显降低,可推知乙废液中的重金属离子可与甲废液中的 OH- 结合形成沉淀,同时乙废液中含有能沉淀甲废液中 Ba2+ 的 SO42- 或 CO32-,A 项正确。
4.有一瓶无色透明溶液,只含Cl-、CO32-、SO42-、MnO4-、H+、Na+、Mg2+、Fe2+等离子中的某几种。现进行以下实验:
①取一定量原溶液加入足量的Ba(OH)2溶液,产生白色沉淀,过滤,向固体中加入过量稀盐酸,无气体放出,沉淀部分溶解。
②向①中滤液加足量稀硝酸后加足量AgNO3溶液,产生白色沉淀。
回答下列问题:
(1)原溶液中一定含有的离子是 ,一定不含有的离子是 。(填离子符号)
(2)①中沉淀溶解的离子方程式为 。
(3)若溶液中只含有四种离子且各离子数目均相等,是否能确定溶液的组成? (填“是”或“否”),若不能,需补充的实验操作是 (若是,则此空不填)。
【答案】(1)Mg2+、SO42-、Cl- MnO4-、Fe2+、CO32-
(2)Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O
(3)否 取样,加入紫色石蕊溶液,若溶液变红,则证明有H+;若不变色,则证明有Na+
【解析】无色透明溶液,说明不含MnO4-、Fe2+,取一定量原溶液加入足量的Ba(OH)2溶液,产生白色沉淀,过滤,向固体中加入过量稀盐酸,无气体放出,沉淀部分溶解,说明含有Mg2+、SO42-,根据离子共存原则,则不含CO32-,向①中滤液加足量稀硝酸后加足量AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明含有Cl-。
5.有一包白色固体粉末,其中只可能含有KCl、BaCl2、Cu(NO3)2、K2CO3中的一种或几种,现做以下实验:
①将部分粉末加入水中,振荡,有白色沉淀生成,过滤,溶液呈无色;
②向①的沉淀物中加入足量稀硝酸,固体完全溶解,并有气泡产生;
③取少量②的溶液,滴入稀硫酸,有白色沉淀产生;
④另取①中过滤后所得溶液加入足量AgNO3溶液,产生白色沉淀。
试根据上述实验事实,回答下列问题:
(1)原白色粉末中一定含有的物质的化学式为 。
(2)写出原白色粉末中一定不含有的物质的电离方程式: 。
(3)写出下列各步变化的离子方程式:
② ;
④ 。
【答案】(1)BaCl2、K2CO3
(2)Cu(NO3)2Cu2++2NO3-
(3)BaCO3+2H+Ba2++CO2↑+H2O Ag++Cl-AgCl↓
【解析】①将部分粉末加入水中,振荡,有白色沉淀生成,过滤,溶液呈无色,说明一定不含Cu(NO3)2,沉淀为碳酸钡,由此可知BaCl2、K2CO3一定存在。
②向①的沉淀物中加入足量稀硝酸,固体完全溶解,并有气泡产生,证明沉淀是BaCO3。
③取少量②的溶液,滴入稀硫酸,有白色沉淀产生,该白色沉淀为BaSO4。
④另取①中过滤后的溶液加入足量AgNO3溶液,产生白色沉淀,证明含有Cl-。
综上所述,白色固体粉末中一定含有BaCl2、K2CO3;一定不含Cu(NO3)2;可能含有KCl。