净离子方程式Net Ionic Equations

大思想 · 转化(TRA)AP 科学实践 3 · 数据表示AP 衔接 · Unit 4约 45 分钟

学习目标

  • 写出同一个反应的化学方程式、完整的离子方程式和净离子方程式,说明各自适合在什么场合使用
  • 判断哪些物质要拆成离子:可溶的强电解质拆开;固体、气体、液态水、弱酸、弱碱和非电解质保留化学式
  • 用净离子方程式表示溶解等物理变化,以及生成沉淀、生成水、生成气体的反应,并检查原子和电荷都守恒

前置知识

  • 离子方程式与净离子方程式(2.7.4)
  • 电解质与非电解质(2.7.5)
  • 强酸强碱与弱酸弱碱(2.12.2)

同一个反应,三种写法

2.7.4 节学过“写、拆、删、查”四步。AP 把一个反应的三种写法都叫做方程式,按用途选用:

  • 化学方程式molecular equation:每种物质都写完整的化学式,适合计算时找出要称量或配制的物质。
  • 完整的离子方程式complete ionic equation:把溶液中实际以离子形式存在的物质拆开,最接近烧杯里真实的粒子。
  • 净离子方程式net ionic equation:删去两边都有、没有参加反应的旁观离子spectator ions,只留下真正发生变化的粒子。

以 AgNO₃ 溶液和 NaCl 溶液的反应为例,化学方程式和净离子方程式分别是:

AgNOX3+NaCl→AgCl↓+NaNOX3\ce{AgNO3 + NaCl -> AgCl v + NaNO3} AgX++ClX−→AgCl↓\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl v}

净离子方程式说明,凡是含 Ag⁺ 的可溶溶液和含 Cl⁻ 的可溶溶液混合,都会生成 AgCl 沉淀,和 Na⁺、NO₃⁻ 无关。

哪些拆开,哪些保留

拆成离子(溶液中的强电解质)保留化学式
强酸:HCl、HBr、HI、HNO₃、HClO₄、H₂SO₄弱酸:CH₃COOH、HF、H₂CO₃ 等
强碱:LiOH、NaOH、KOH、Ca(OH)₂、Sr(OH)₂、Ba(OH)₂弱碱:NH₃
可溶的盐固体(包括沉淀)、气体、液态水
非电解质:葡萄糖、乙醇等

AP 的溶解性要求: 考试只要求你记住一条:含 Na⁺、K⁺、NH₄⁺ 或 NO₃⁻ 的盐都可溶。 其他盐溶不溶,题目会告诉你(或给出溶解性信息)。人教版的溶解性表(2.7.3)可以帮助你判断更多情况。AP 题目常把醋酸写作 HC₂H₃O₂,和 CH₃COOH 是同一种物质。

两个守恒: 净离子方程式的两边,每种原子的个数相等,电荷总数也相等。

先看一个反应怎样一步步写到净离子方程式:

动手试试:离子方程式四步走——写、拆、删、查

    强和弱:烧杯里到底是什么粒子

    强酸、强碱在水中完全电离,以离子形式存在,要拆开;弱酸、弱碱在水中绝大部分仍是分子,只有极少一部分电离,所以保留化学式。选一种酸和一种碱,比较混合前后的粒子和三种方程式:

    动手试试:强电解质拆成离子,弱电解质保留化学式
    酸:
    碱:
    H⁺H⁺H⁺Cl⁻Cl⁻Cl⁻
    HCl(强酸)
    Na⁺Na⁺Na⁺OH⁻OH⁻OH⁻
    NaOH(强碱)
    H₂OH₂OH₂ONa⁺Na⁺Na⁺Cl⁻Cl⁻Cl⁻
    混合后

    化学方程式

    HCl+NaOH⟶NaCl+HX2O\ce{HCl} + \ce{NaOH} \longrightarrow \ce{NaCl} + \ce{H2O}

    完整的离子方程式(划掉的是旁观离子)

    HX++ClX−+NaX++OHX−⟶NaX++ClX−+HX2O\ce{H+} + \cancel{\ce{Cl-}} + \cancel{\ce{Na+}} + \ce{OH-} \longrightarrow \cancel{\ce{Na+}} + \cancel{\ce{Cl-}} + \ce{H2O}

    净离子方程式

    HX++OHX−⟶HX2O\ce{H+} + \ce{OH-} \longrightarrow \ce{H2O}

    旁观离子:Na⁺、Cl⁻。

    HCl 和 NaOH 都是强电解质,在水中完全电离。真正发生反应的只有 H⁺ 和 OH⁻。

    阳离子阴离子分子(没有拆开)

    人教版把氨水写作 NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O};AP 写作 NHX3\ce{NH3}。两种写法都表示弱碱,在离子方程式中都不拆开。

    物理变化也有离子方程式

    离子化合物溶于水是物理变化,也可以用离子方程式表示:

    CaClX2→CaX2++2 ClX−\ce{CaCl2 -> Ca^2+ + 2Cl-}

    注意两边:原子守恒(1 个 Ca、2 个 Cl),电荷也守恒(左边 0,右边 +2 + 2 × (−1) = 0)。

    其他几类反应的净离子方程式

    生成弱酸: NaF 溶液和盐酸混合,没有沉淀,也没有气体,却生成了弱电解质 HF。HF 主要以分子形式存在,保留化学式:

    HX++FX−→HF\ce{H+ + F- -> HF}

    活泼金属和水: 锂放进水中,生成 LiOH(强碱,拆开)和 H₂:

    2 Li+2 HX2O→2 LiX++2 OHX−+HX2↑\ce{2Li + 2H2O -> 2Li+ + 2OH- + H2 ^}

    金属和另一种金属的离子: 铜丝放进 AgNO₃ 溶液,表面析出银,溶液变蓝:

    Cu+2 AgX+→CuX2++2 Ag\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^2+ + 2Ag}

    NO₃⁻ 自始至终留在溶液中,过滤后仍在滤液里,没有被氧化,也没有被还原,是旁观离子。后两类是氧化还原反应(U4.9)。

    例题 1:生成沉淀

    把 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液和 CaClX2\ce{CaCl2} 溶液混合,生成白色沉淀。已知 CaCOX3\ce{CaCO3} 难溶于水。写出化学方程式、完整的离子方程式和净离子方程式。

    分步解析
    1. 写出配平的化学方程式。 两种盐交换离子,生成难溶的 CaCOX3\ce{CaCO3}:

      NaX2COX3+CaClX2→CaCOX3↓+2 NaCl\begin{aligned} &\ce{Na2CO3 + CaCl2} \\ &\ce{-> CaCO3 v + 2NaCl} \end{aligned}
    2. 判断哪些拆成离子。 只有易溶的强电解质拆开:

      • NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaCl:钠盐都易溶,拆开
      • CaClX2\ce{CaCl2}:易溶,拆开
      • CaCOX3\ce{CaCO3}:沉淀,保留化学式
    3. 写离子方程式(完整形式)。

      2 NaX++COX3X2−+CaX2++2 ClX−→CaCOX3↓+2 NaX++2 ClX−\begin{aligned} &\ce{2Na+ + CO3^2- + Ca^2+ + 2Cl-} \\ &\ce{-> CaCO3 v + 2Na+ + 2Cl-} \end{aligned}
    4. 删去旁观离子。 NaX+\ce{Na+} 和 ClX−\ce{Cl-} 在两边完全相同,没有参加反应,删去:

      CaX2++COX3X2−→CaCOX3↓\boxed{\ce{Ca^2+ + CO3^2- -> CaCO3 v}}
    5. 检查。 原子守恒:两边各 1 个 Ca、1 个 C、3 个 O;电荷守恒:左边 (+2) + (−2) = 0,右边 0。

    例题 2:弱酸和强碱

    氢氟酸(HF,弱酸)和 KOH 溶液反应。写出净离子方程式,说明为什么不写成 HX++OHX−→HX2O\ce{H+ + OH- -> H2O}。

    分步解析
    1. 写出配平的化学方程式。

      HF+KOH→KF+HX2O\ce{HF + KOH -> KF + H2O}
    2. 判断哪些拆成离子。

      • HF:弱酸,在水中只有很少一部分电离,保留化学式
      • KOH:强碱,拆开
      • KF:钾盐,易溶,拆开
      • HX2O\ce{H2O}:弱电解质,保留化学式
    3. 写离子方程式(完整形式)。

      HF+KX++OHX−→KX++FX−+HX2O\begin{aligned} &\ce{HF + K+ + OH-} \\ &\ce{-> K+ + F- + H2O} \end{aligned}
    4. 删去旁观离子 KX+\ce{K+}。

      HF+OHX−→FX−+HX2O\boxed{\ce{HF + OH- -> F- + H2O}}
    5. 检查。 原子守恒:两边各有 2 个 H、1 个 F、1 个 O;电荷守恒:两边都是 −1。

    6. 为什么不能写成 HX++OHX−→HX2O\ce{H+ + OH- -> H2O}。 HF 是弱酸,溶液中几乎都是 HF 分子,自由的 HX+\ce{H+} 很少;真正和 OHX−\ce{OH-} 反应的是 HF 分子,所以离子方程式中要保留 HF。

    练一练:在离子方程式里拆成离子,还是保留化学式?
    1. NaNO₃(aq)
    2. AgCl(s)
    3. HCl(aq)
    4. CH₃COOH(aq)
    5. H₂O(l)
    6. NH₃(aq)
    7. KOH(aq)
    8. CO₂(g)
    9. HF(aq)
    10. (NH₄)₂SO₄(aq)
    11. C₆H₁₂O₆(aq)
    12. Ba(OH)₂(aq)
    13. SrSO₄(s)
    14. H₂SO₃(aq)
    15. LiOH(aq)

    常见误区

    误区 1:“所有酸都写成 H⁺。” 只有强酸完全电离。醋酸、氢氟酸等弱酸在溶液中主要是分子,要写成 CH₃COOH、HF。

    误区 2:“沉淀也是离子化合物,所以也要拆开。” 拆不拆看物质在溶液中实际以什么形式存在。沉淀是固体,离子被固定在晶体里,要保留化学式。

    误区 3:“净离子方程式只要原子守恒就行。” 电荷也必须守恒。例如 FeX3++Cu→FeX2++CuX2+\ce{Fe^3+ + Cu -> Fe^2+ + Cu^2+} 原子守恒,但左边电荷 +3,右边 +4,是错的;正确的是 2 FeX3++Cu→2 FeX2++CuX2+\ce{2Fe^3+ + Cu -> 2Fe^2+ + Cu^2+}。

    即时小测

    把 Pb(NO₃)₂ 溶液和 KI 溶液混合,生成黄色的 PbI₂ 沉淀。下列净离子方程式正确的是?

    醋酸溶液和 NaOH 溶液反应。下列净离子方程式正确的是?理由是什么?

    在 BaClX2\ce{BaCl2} 溶液和 NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 溶液的反应中,旁观离子是?

    下列净离子方程式中,哪一个电荷不守恒?

    按 AP 的要求,不用查表就应该知道下列哪种物质可溶于水?

    把盐酸滴到碳酸钙固体上,冒出气泡。下列净离子方程式正确的是?

    亚硫酸(H₂SO₃,弱酸)和 Ba(OH)₂ 溶液反应,生成 BaSO₃ 沉淀和水。下列净离子方程式正确的是?

    NaF 溶液和盐酸混合。下列说法正确的是?

    把铜丝放进 AgNO₃ 溶液,铜丝表面析出银,溶液变蓝。过滤后,滤液中的 NO₃⁻ 怎样?

    把一小块锂放进水中,生成 H₂ 和 LiOH 溶液。净离子方程式是?

    AP 自由作答题

    AP 风格自由作答题

    学生把 50.0 mL 0.10 mol/L 的 CuSOX4\ce{CuSO4} 溶液和 50.0 mL 0.20 mol/L 的 NaOH 溶液混合,生成蓝色沉淀 Cu(OH)X2\ce{Cu(OH)2}。

    (a) 写出这个反应的化学方程式。

    (b) 写出净离子方程式,并指出旁观离子。

    (c) 反应恰好完全后,溶液中还有哪些离子?画(或描述)一个粒子图,表示混合后烧杯中的情况(不画水分子)。

    (d) 学生又用氨水代替 NaOH 溶液做同样的实验,也生成了 Cu(OH)X2\ce{Cu(OH)2} 沉淀。一位同学写出净离子方程式 CuX2++2 OHX−→Cu(OH)X2↓\ce{Cu^2+ + 2OH- -> Cu(OH)2 v},认为和 (b) 完全一样。按 AP 的写法(氨写作 NH₃),这个净离子方程式应该怎样写?

    参考答案与评分要点

    (a) CuSOX4+2 NaOH→Cu(OH)X2↓+NaX2SOX4\ce{CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}

    (b) CuX2++2 OHX−→Cu(OH)X2↓\ce{Cu^2+ + 2OH- -> Cu(OH)2 v};旁观离子是 Na⁺ 和 SO₄²⁻。

    (c) Cu²⁺ 和 OH⁻ 恰好完全反应(0.0050 mol Cu²⁺ 和 0.010 mol OH⁻),溶液中剩下 Na⁺ 和 SO₄²⁻,个数比为 2 : 1。粒子图:烧杯底部有 Cu(OH)₂ 固体,溶液中有 Na⁺ 和 SO₄²⁻(如 4 个 Na⁺ 和 2 个 SO₄²⁻),没有 Cu²⁺ 和 OH⁻。

    (d) NH₃ 是弱碱,在溶液中主要以分子形式存在,要保留化学式:CuX2++2 NHX3+2 HX2O→Cu(OH)X2↓+2 NHX4X+\ce{Cu^2+ + 2NH3 + 2H2O -> Cu(OH)2 v + 2NH4+}。

    评分要点: (a) 化学方程式配平;(b) 净离子方程式正确,旁观离子两种都对;(c) 溶液中只剩 Na⁺ 和 SO₄²⁻,比例 2 : 1,并有沉淀;(d) NH₃ 保留化学式,方程式原子和电荷守恒。

    小结

    • 化学方程式、完整的离子方程式、净离子方程式表示同一个反应,按用途选用;净离子方程式只留下真正变化的粒子。
    • 拆开:强酸、强碱、可溶的盐。保留:固体(沉淀)、气体、液态水、弱酸、弱碱、非电解质。
    • AP 只要求记住:含 Na⁺、K⁺、NH₄⁺、NO₃⁻ 的盐都可溶。
    • 净离子方程式两边的原子和电荷都要守恒;溶解等物理变化也能用离子方程式表示。

    AP 提示: 写净离子方程式前,先问每种物质“在烧杯里以什么形式存在”。最常见的失分点是把弱酸(HF、CH₃COOH)或弱碱(NH₃)拆开,以及把沉淀拆成离子。写完再检查一遍电荷。

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