鲁科版选修4 化学反应原理第4节 离子反应第2课时教学设计

第2课时　离子反应的应用

目标与素养：1.了解常见阳离子和阴离子的检验方法。(科学探究)2.理解利用酸碱中和滴定法测强酸、强碱溶液浓度的原理、方法和误差分析。(科学探究与创新意识)3.通过离子反应在生产、生活中的广泛应用，体会化学在人类生产、生活中的作用和贡献。(社会责任)

1．物质检验与含量测定

(1)离子检验

利用离子的特征反应来检验一些常见离子。

如利用Fe3＋与SCN－反应生成血红色溶液检验Fe3＋，离子方程式为Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(血红色)；

利用I－与Ag＋反应生成黄色沉淀检验I－，离子方程式为Ag＋＋I－===AgI↓(黄色)。

(2)测定溶液中离子的浓度

①沉淀法：如溶液中SO的浓度，用Ba2＋将其转化为BaSO4沉淀，再称量沉淀的质量求得。

②酸碱中和滴定法：强酸溶液中H＋的浓度可以用已知准确浓度的强碱溶液滴定的方法获得。

③氧化还原滴定法：如溶液中MnO的浓度可以用已知准确浓度的Fe2＋溶液滴定获得。

2．物质制备与纯化

(1)物质的制备：离子反应可以用于制备一些酸、碱、盐、气体等。

①氯碱工业生产烧碱和氯气的离子方程式：

2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。

②实验室制取CO2的离子方程式：

CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O。

(2)物质的纯化

①制高纯度的氯化钠：除去其中少量的SO、Mg2＋、Ca2＋，需要引入的试剂离子分别为Ba2＋、OH－、CO。②除去污水中的重金属离子：将其转化为沉淀而除去。

3．生活中常见的离子反应

(1)胃酸过多的治疗

①服用胃舒平[主要成分是Al(OH)3]，离子反应为Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

②服用小苏打片，离子方程式为HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。

(2)硬水及其软化

①硬水的含义：自然界里含Ca2＋、Mg2＋较多的水。

②硬水的形成：水中的二氧化碳与岩石中的CaCO3和MgCO3发生反应生成可溶性碳酸氢盐而使Ca2＋、Mg2＋进入水中形成，离子方程式为CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋＋2HCO，MgCO3＋CO2＋H2O===Mg2＋＋2HCO。

③硬水的软化方法

a．加热法：加热可使HCO分解，生成的CO与Ca2＋、Mg2＋结合成沉淀，发生反应如下：

Ca2＋＋2HCO===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，

Mg2＋＋2HCO===MgCO3↓＋CO2↑＋H2O。

b．加沉淀剂法：在硬水中加入Na2CO3等沉淀剂也可以降低水中Ca2＋、Mg2＋的浓度，发生反应如下：

Ca2＋＋CO===CaCO3↓，

Mg2＋＋CO===MgCO3↓。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)能使石灰水变浑浊的无色无味气体一定是CO2。 (　　)

(2)中和滴定时为了节省时间，不需要重复2～3次实验。 (　　)

(3)可以用铁粉除去FeCl3中的FeCl2。 (　　)

(4)治疗胃酸过多的胃药中含有烧碱。 (　　)

(5)用石灰水鉴别NaHCO3和Na2CO3。 (　　)

[提示]　(1)√

(2)×　为了减少滴定误差，须进行2～3次实验。

(3)×　Fe＋2FeCl3===3FeCl2，无法除去FeCl2。

(4)×　烧碱具有强腐蚀性。

(5)×　NaHCO3、Na2CO3与石灰水均产生CaCO3沉淀。

2．下列有关反应方程式正确的是(　　)

A．实验室制备Al(OH)3：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

B．实验室制氨气：NH＋OH－△,NH3↑＋H2O

C．实验室制取Cl2：MnO2＋4HCl△,Mn2＋＋Cl2↑＋2Cl－＋2H2O

D．除去FeCl3中含有的FeCl2：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

D　[A项，应为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH；B项，应为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；C项，应为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。]

3．下列解释事实的方程式准确的是 (　　)

A．测0.1 mol·L－1氨水的pH为11：NH3·H2O===NH＋OH－

B．碳酸钠溶液显碱性：CO＋H2O===HCO＋OH－

C．钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极被氧化：Fe－3e－===Fe3＋

D．向污水中投放明矾，生成能凝聚悬浮物的胶体：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋

D　[0.1 mol·L－1NH3·H2O的pH＝11，说明NH3·H2O不完全电离，若完全电离pH＝13，A错；CO水解是可逆反应，B错；铁发生吸氧腐蚀时负极反应生成的是Fe2＋，C错；明矾能够凝聚悬浮物是因为生成了Al(OH)3胶体，反应的离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，D对。]

根据离子性质不同而在实验中所表现出的现象不同，可把检验离子的方法归纳为三种类型：①生成沉淀；②生成气体；③显现特殊颜色。

【例1】　下列根据实验现象所得出的结论中，一定正确的是(　　)

A．某无色溶液能使红色石蕊试纸变蓝，结论：该溶液一定是碱溶液

B．某无色溶液加稀硝酸酸化的BaCl2产生白色沉淀，结论：该溶液中一定含有SO

C．某无色溶液焰色反应呈黄色，结论：该溶液中一定含有Na＋

D．某无色溶液加入Na2CO3溶液产生白色沉淀，结论：该溶液中一定含Ca2＋

C　[A项中可能是强碱弱酸盐溶液；B项中可能含SO、Ag＋；D项中也可能含Ba2＋。]

进行离子检验时，需排除干扰离子的影响。如检验SO时，不能直接或间接引入NO，防止SO的干扰，为排除CO、SO、Ag＋等的干扰，正确的操作是：先向溶液中加稀盐酸没有白色沉淀，再加BaCl2溶液有白色沉淀，证明溶液中一定含有SO。

有关溶液中所含离子的检验，下列判断正确的是(　　)

A．加入AgNO3溶液后生成的白色沉淀不溶于稀盐酸，则原溶液中一定有Cl－存在

B．加入氨水时生成白色沉淀，当氨水过量时白色沉淀消失，则原溶液中一定有Al3＋存在

C．加入NaOH溶液并加热，有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体生成，则原溶液中一定有NH存在

D．加入盐酸有能使澄清石灰水变浑浊的气体生成，则原溶液中一定有大量的CO存在

C　[若原溶液中含有CO，Ag2CO3与盐酸反应会转化为AgCl，A项不正确；Al(OH)3不溶于氨水，B项不正确；该溶液中还可能有HCO、HSO或SO，D项不正确。]

1.原理

酸和碱反应的实质是H＋＋OH－===H2O。用已知浓度的盐酸(标准液)来滴定未知浓度的NaOH溶液(待测液)的计算公式为c待＝。

2．仪器

酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。

(1)酸式滴定管：可盛放酸性溶液、氧化性溶液，不能盛放碱性溶液，因为碱性物质易腐蚀玻璃，致使玻璃活塞无法打开。

碱式滴定管：可盛放碱性溶液，不能盛放酸性溶液、氧化性溶液，因为酸性和氧化性物质易腐蚀橡胶。

(2)滴定管的上端都标有规格大小、使用温度、0刻度；滴定管的精确度为0.01 mL。

3．实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)

(1)滴定前的准备

①滴定管：查漏→洗涤→润洗→装液→调液面→记读数。

②锥形瓶：洗涤→注液(待测)→记读数→加指示剂。

润洗时：滴定管要用所要盛装的溶液润洗2～3次，锥形瓶禁止用所装溶液润洗；

调液面时：一是调整液面至滴定管0刻度线以上2～3 mL处，二是调节活塞(或挤压玻璃球)，赶走气泡使滴定管尖嘴部分充满溶液，并使液面处于“0”刻度以下某一刻度处。

记读数时：视线与溶液凹液面最低处相平，记录到0.01位。

加指示剂：加入2～3滴指示剂。

(2)滴定

左手控制活塞，右手不断摇动锥形瓶，眼睛注视锥形瓶内溶液颜色及滴定流速。

(3)终点判断

等到滴入最后一滴标准盐酸，溶液变至无色且半分钟内不变色，视为滴定终点。

(4)记录刻度读数。

4．数据处理   

按上述操作重复二至三次，以(V终－V始)为消耗的标准液的体积，求出用去标准盐酸体积的平均值，依据c待＝(一元酸碱)计算待测液的物质的量浓度。

5．中和滴定误差分析

酸碱中和滴定的误差分析关键是根据c待＝进行分析，计算中V待与c标均为确定值，只有V标影响着c待的计算结果，故在误差分析时应最终归结为对V标的影响：V标增大，实验结果偏高；V标减小，实验结果偏低。

【例2】　用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度，试根据实验回答下列问题：

(1)准确称量8.2 g含有少量中性易溶杂质的样品，配成500 mL待测溶液。称量时，样品可放在________(填编号字母)称量。

A．小烧杯中　　B．洁净纸片上　　C．托盘上

(2)滴定时，用0.200 0 mol·L－1的盐酸来滴定待测溶液，不可选用________(填编号字母)作指示剂。

A．甲基橙　　B．石蕊　　C．酚酞　　D．甲基红

(3)滴定过程中，眼睛应注视______________________________；

在铁架台上垫一张白纸，其目的是________________________

________________________________________________________________

(4)根据下表数据，计算被测烧碱溶液的物质的量浓度是________mol·L－1，烧碱样品的纯度是________。

[解析]　(1)称量氢氧化钠等易潮解、腐蚀性强的试剂时，样品应放在小烧杯中。

(2)酸碱中和滴定时，一般应选甲基橙、酚酞等颜色变化较明显的指示剂，石蕊在酸或碱溶液中颜色变化不明显，易造成误差。

(4)根据c(NaOH)＝分别求第一、二次的值，再求平均值，解得c(NaOH)＝0.400 0 mol·L－1，

w(NaOH)＝×100%≈97.56%。

[答案]　(1)A　(2)B

(3)锥形瓶内溶液颜色的变化　便于观察锥形瓶内液体颜色的变化，减小滴定误差

(4)0.400 0　97.56%

1．用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度，从下表中选出正确选项(　　)

A．①② B．②③　　　

C．③④　　　 D．②④

C　[酸碱中和滴定中一般不选用石蕊溶液作指示剂，①错误；酸式滴定管不能盛放碱液，②错误。]

2．当用酸滴定碱时，下列操作中会使测定结果(碱的浓度)偏低的是(　　)

A．酸式滴定管滴至终点后，俯视读数

B．碱液移入锥形瓶后，加了10 mL蒸馏水再滴定

C．酸式滴定管用蒸馏水润洗后，未用标准液润洗

D．酸式滴定管注入酸液后，尖嘴留有气泡即开始滴定，滴定终点时气泡消失

A　[A项，俯视读数，则读数偏小，结果偏低，正确；B项，加水不会影响测定结果，错误；C项，相当于稀释酸使标准液的浓度变小，消耗酸的体积偏大，结果偏高，错误；D项，酸式滴定管注入酸液后，尖嘴留有气泡即开始滴定，滴定终点时气泡消失相当于消耗酸的体积偏大，结果偏高，错误。]

1．准确量取24.90 mL高锰酸钾溶液，可选用的仪器是(　　)

A．50 mL量筒　　　 B．10 mL量筒

C．50 mL酸式滴定管 D．50 mL碱式滴定管

C　[KMnO4具有强氧化性，能腐蚀碱式滴定管中的橡胶管，而量筒只能精确到0.1 mL，故应选用50 mL的酸式滴定管。]

2．下列有关叙述正确的是(　　)

A．下端连有橡胶管的滴定管为酸式滴定管

B．在进行滴定时，左手操作锥形瓶，右手操作滴定管

C．滴定前应排除滴定管尖嘴部分的气泡

D．滴定过程中两眼应注意滴定管内液面的变化

C　[A选项中所指滴定管是碱式滴定管；B选项中应右手操作锥形瓶，左手操作滴定管；D选项，滴定过程中两眼应观察锥形瓶内颜色的变化。]

3．下列操作对应的离子方程式不正确的是(　　)

A．漂白粉溶液中通入过量的CO2：Ca2＋＋2ClO－＋2CO2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO

B．硫酸亚铁的酸性溶液中加入H2O2溶液：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

C．碳酸氢钙溶液中加入少量的氢氧化钠溶液：Ca2＋＋HCO＋OH－===CaCO3↓＋H2O

D．硫酸工业的尾气处理中用氨水吸收过量的SO2：NH3·H2O＋SO2===NH＋HSO

A　[Ca(HCO3)2为易溶性盐，在离子方程式中应拆分。]

4．能将分别含有Cu2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、NH、Na＋、Fe2＋等离子的七种硫酸盐溶液一次鉴别开来的是   (　　)

A．NaOH溶液　　 B．KSCN溶液

C．NaHCO3溶液 D．NH3·H2O溶液

A　[加入NaOH溶液后分别会看到蓝色沉淀、红褐色沉淀、先有白色沉淀后溶解、白色沉淀、气体、无明显现象、先有白色沉淀后迅速变为灰绿色最后变为红褐色。NH3·H2O不能区分Al3＋和Mg2＋以及NH和Na＋。]

5．水体中的含氮化合物是引起富营养化的主要污染物，分析监测水体中的硝酸(盐)和亚硝酸(盐)含量，控制水体中的含氮污染物，对水资源的循环利用意义重大。

(1)亚硝酸(HNO2)是一种弱酸，其电离平衡常数的表达式为__________________。

(2)水体中亚硝酸的含量可以利用KI溶液进行分析测定。该测定反应中，含氮的生成物可以是NO、N2O、NH2OH、NH3等。

①NH2OH中，氮元素的化合价为__________________。

②某水样中含有亚硝酸盐，加入少量稀硫酸酸化后，用KI溶液测定，且选用淀粉溶液作指示剂，反应中含N的生成物为NO，反应的离子方程式为______________________________________，

其中氧化产物为________(写化学式)。

③取20 mL含NaNO2的水样，酸化后用0.001 mol·L－1的KI标准溶液滴定(反应中含N的生成物为NO)，滴定前和滴定后的滴定管内液面高度如图所示，由此可知水样中NaNO2的浓度为________mg·L－1。

[解析]　(1)亚硝酸的电离方程式为HNO2NO＋H＋，因此其电离平衡常数Ka＝。(2)①根据化合物中所有元素的化合价代数和为0可知，NH2OH中氮元素的化合价为－1。②亚硝酸具有氧化性，被I－还原，生成NO，I－被氧化为I2。③由滴定前后的滴定管读数可知消耗的KI标准溶液为2.00 mL，反应的关系式为NaNO2～HNO2～I－，故n(NaNO2)＝n(I－)＝2.00×10－3 L×0.001 mol·L－1＝2×10－6 mol，则水样中NaNO2的浓度为2×10－6 mol×69 g·mol－1÷0.02 L＝6.9×10－3 g·L－1＝6.9 mg·L－1。

[答案]　(1)　

(2)①－1　②2HNO2＋2I－＋2H＋===I2＋2NO↑＋2H2O　I2　③6.9