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+NaClAgCl↓+NaNOX3
AgX++ClX−AgCl↓
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:
HCl(强酸)CH₃COOH(弱酸)+NaOH(强碱)NH₃(弱碱)→混合后混合后混合后混合后
化学方程式
HCl+NaOH⟶NaCl+HX2O 完整的离子方程式(划掉的是旁观离子)
HX++ClX−+NaX++OHX−⟶NaX++ClX−+HX2O 净离子方程式
HX++OHX−⟶HX2O 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⁻。
化学方程式
HCl+NHX3⟶NHX4Cl 完整的离子方程式(划掉的是旁观离子)
HX++ClX−+NHX3⟶NHX4X++ClX− 净离子方程式
HX++NHX3⟶NHX4X+ 旁观离子:Cl⁻。
NH₃ 是弱碱,在水中主要以分子形式存在,写成 NH₃。H⁺ 把质子交给 NH₃,生成 NH₄⁺。人教版把氨水写作 NH₃·H₂O,净离子方程式写成 H⁺ + NH₃·H₂O → NH₄⁺ + H₂O。
化学方程式
CHX3COOH+NaOH⟶CHX3COONa+HX2O 完整的离子方程式(划掉的是旁观离子)
CHX3COOH+NaX++OHX−⟶NaX++CHX3COOX−+HX2O 净离子方程式
CHX3COOH+OHX−⟶CHX3COOX−+HX2O 旁观离子:Na⁺。
CH₃COOH 是弱酸,在水中绝大部分是分子,只有很少一部分电离,所以写成 CH₃COOH,不写成 H⁺。
化学方程式
CHX3COOH+NHX3⟶CHX3COONHX4 完整的离子方程式(划掉的是旁观离子)
CHX3COOH+NHX3⟶CHX3COOX−+NHX4X+ 净离子方程式
CHX3COOH+NHX3⟶CHX3COOX−+NHX4X+ 没有旁观离子:完整的离子方程式就是净离子方程式。
弱酸和弱碱都保留化学式。生成的 CH₃COONH₄ 是可溶的盐,拆成 CH₃COO⁻ 和 NH₄⁺。
阳离子阴离子分子(没有拆开)
人教版把氨水写作 NHX3⋅HX2O;AP 写作 NHX3。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:
CaClX2CaX2++2ClX−
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
活泼金属和水: 锂放进水中,生成 LiOH(强碱,拆开)和 H₂:
2Li+2HX2O2LiX++2OHX−+HX2↑
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+2AgX+CuX2++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 溶液和 CaClX2 溶液混合,生成白色沉淀。已知 CaCOX3 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
-
写出配平的化学方程式。 两种盐交换离子,生成难溶的 CaCOX3:
NaX2COX3+CaClX2CaCOX3↓+2NaCl
-
判断哪些拆成离子。 只有易溶的强电解质拆开:
- NaX2COX3、NaCl:钠盐都易溶,拆开
- CaClX2:易溶,拆开
- CaCOX3:沉淀,保留化学式
-
写离子方程式(完整形式)。
2NaX++COX3X2−+CaX2++2ClX−CaCOX3↓+2NaX++2ClX−
-
删去旁观离子。 NaX+ 和 ClX− 在两边完全相同,没有参加反应,删去:
CaX2++COX3X2−CaCOX3↓
-
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。
分步解析
-
写出配平的化学方程式。
HF+KOHKF+HX2O
-
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:弱电解质,保留化学式
-
写离子方程式(完整形式)。
HF+KX++OHX−KX++FX−+HX2O
-
删去旁观离子 KX+。
HF+OHX−FX−+HX2O
-
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。
-
为什么不能写成 HX++OHX−HX2O。 HF 是弱酸,溶液中几乎都是 HF 分子,自由的 HX+ 很少;真正和 OHX− 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?
NaNO₃(aq)
钠盐、硝酸盐都可溶,是强电解质。
AgCl(s)
沉淀(固体)保留化学式。
HCl(aq)
强酸。
CH₃COOH(aq)
弱酸,绝大部分以分子存在。
H₂O(l)
液态水保留化学式。
NH₃(aq)
弱碱。
KOH(aq)
强碱。
CO₂(g)
气体保留化学式。
HF(aq)
HF 是弱酸。
(NH₄)₂SO₄(aq)
铵盐都可溶。
C₆H₁₂O₆(aq)
葡萄糖是非电解质,溶解后是分子。
Ba(OH)₂(aq)
强碱。
SrSO₄(s)
沉淀(固体)保留化学式。
H₂SO₃(aq)
亚硫酸是弱酸。
LiOH(aq)
强碱。
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++CuFeX2++CuX2+ 原子守恒,但左边电荷 +3,右边 +4,是错的;正确的是 2FeX3++Cu2FeX2++CuX2+。
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?
A 是化学方程式,C 是完整的离子方程式;删去旁观离子 K⁺ 和 NO₃⁻ 才是净离子方程式。D:KNO₃ 可溶,并没有生成。
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?
弱酸保留化学式。B 只适用于强酸和强碱;C 中 CH₃COONa 可溶,并没有生成固体;D 是化学方程式。
在 BaClX2 溶液和 NaX2SOX4 溶液的反应中,旁观离子是?
Ba²⁺ 和 SO₄²⁻ 结合成 BaSO₄ 沉淀,Na⁺ 和 Cl⁻ 反应前后都在溶液中,是旁观离子。
下列净离子方程式中,哪一个电荷不守恒?
A 左边电荷 +2,右边 +3。正确的是 2Al + 3Cu²⁺ → 2Al³⁺ + 3Cu,两边都是 +6。
按 AP 的要求,不用查表就应该知道下列哪种物质可溶于水?
含 Na⁺、K⁺、NH₄⁺ 或 NO₃⁻ 的盐都可溶。其余三种都难溶,题目一般会给出这类信息。
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?
CaCO₃ 是固体,保留化学式。A 是碳酸钠这类可溶碳酸盐的写法;C 是化学方程式;D 中 CaCl₂ 可溶,不会生成。
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?
H₂SO₃ 是弱酸,保留化学式;Ba²⁺ 和 OH⁻ 都参加了反应,没有旁观离子。A 把弱酸拆开了;C、D 各漏掉了一部分反应。
NaF 溶液和盐酸混合。下列说法正确的是?
生成弱电解质(这里是弱酸 HF)也能使反应发生。B:NaCl 可溶,Na⁺ 和 Cl⁻ 是旁观离子;C 是化学方程式。
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?
净离子方程式是 Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag,NO₃⁻ 不参加反应。Cu(NO₃)₂ 可溶,不会生成沉淀。
把一小块锂放进水中,生成 H₂ 和 LiOH 溶液。净离子方程式是?
LiOH 是强碱,在溶液中拆成 Li⁺ 和 OH⁻;水是液体,保留化学式。B 把水写成了 H⁺;D 是化学方程式。
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 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。
(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 沉淀。一位同学写出净离子方程式 CuX2++2OHX−Cu(OH)X2↓,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+2NaOHCu(OH)X2↓+NaX2SOX4
(b) CuX2++2OHX−Cu(OH)X2↓;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++2NHX3+2HX2OCu(OH)X2↓+2NHX4X+。
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。