2018-2019学年高中化学第3章物质在水溶液中的行为第4节离子反应第2课时离子反应的应用学案鲁科版选修

PAGE第2课时离子反应的应用学习目标：1.了解常见阳离子和阴离子的检验方法。(重点)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。(难点)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。[自主预习·探新知]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SOeq\o\al(2－,4)的浓度，用Ba2＋将其转化为BaSO4沉淀，再称量沉淀质量求得。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MnOeq\o\al(－,4)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－＋2H2Oeq\o(=,\s\up8(通电))2OH－＋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SOeq\o\al(2－,4)、Mg2＋、Ca2＋，需要引入的试剂离子分别为Ba2＋、OH－、COeq\o\al(2－,3)。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HCOeq\o\al(－,3)＋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＋＋2HCOeq\o\al(－,3)，MgCO3＋CO2＋H2O=Mg2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)。③硬水的软化方法a．加热法：加热可使HCOeq\o\al(－,3)分解，生成的COeq\o\al(2－,3)与Ca2＋、Mg2＋结合成沉淀，发生反应如下：Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=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＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓，Mg2＋＋COeq\o\al(2－,3)=MgCO3↓。[基础自测]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。()(6)用BaCl2溶液鉴别Na2SO4和Na2CO3。()(7)用足量稀硝酸除去铁粉中的Cu。()(8)将混有HCl的CO2通入饱和NaHCO3溶液中除去HCl。()[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。(6)×BaCl2溶液与Na2SO4、Na2CO3均产生白色沉淀。(7)×Fe、Cu均溶于足量的稀硝酸。(8)√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：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(,\s\up8(△))NH3↑＋H2OC．实验室制取Cl2：MnO2＋4HCleq\o(,\s\up8(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2Cl－＋2H2OD．除去FeCl3中含有的FeCl2：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－D[A项，应为Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)；B项，应为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(,\s\up8(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；C项，应为MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(,\s\up8(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。]3．下列解释事实的方程式准确的是()A．测0.1mol·L－1氨水的pH为11：NH3·H2O=NHeq\o\al(＋,4)＋OH－B．碳酸钠溶液显碱性：COeq\o\al(2－,3)＋H2O=HCOeq\o\al(－,3)＋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[0.1mol·L－1NH3·H2O的pH＝11，说明NH3·H2O不完全电离，若完全电离pH＝13，A错；COeq\o\al(2－,3)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。][合作探究·攻重难]离子的检验1.常见阴离子的检验离子鉴定方法产生现象OH－①在试管中取少量试液滴加紫色石蕊(或无色酚酞)试液；②用玻璃棒蘸取试液于红色石蕊试纸①紫色石蕊试液变蓝(或酚酞变红)；②红色石蕊试纸变蓝Cl－在试管中取少量试液，滴加AgNO3溶液，再加稀HNO3生成白色沉淀，不溶于稀HNO3Br－在试管中取少量试液，滴加AgNO3溶液，再加稀HNO3生成浅黄色沉淀，不溶于稀HNO3I－在试管中取少量试液，滴加AgNO3溶液，再加稀HNO3生成黄色沉淀，不溶于稀HNO3COeq\o\al(2－,3)在试管中取少量试液，先加BaCl2产生白色沉淀，另取少量溶液于试管中加入稀盐酸或稀硝酸，将生成的气体通入澄清的石灰水产生无色、无味的气体，此气体能使澄清的石灰水变浑浊SOeq\o\al(2－,4)在试管中，取少量试液，滴加盐酸无明显现象，再加BaCl2生成白色沉淀SOeq\o\al(2－,3)在试管中，取少量试液，先加BaCl2产生白色沉淀，另取少量溶液加盐酸生成气体，把气体通入品红溶液生成无色有刺激性气味的气体，品红溶液退色2.常见阳离子的检验离子鉴定方法产生现象NHeq\o\al(＋,4)在试管中，取少量试液，加浓NaOH微热，用润湿的红色石蕊试纸靠近管口有刺激性气味，使润湿的红色石蕊试纸变蓝Al3＋①在试管中取少量试液加适量NaOH溶液；②加过量NaOH溶液①有白色絮状沉淀；②上述沉淀消失Fe3＋①在试管中取少量试液，加KSCN溶液；②在试管中取少量试液，加入NaOH溶液①溶液呈血红色；②产生红褐色沉淀Fe2＋在试管中取少量试液加入NaOH溶液生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变为红褐色[思考交流]下面是对溶液中有无SOeq\o\al(2－,4)检验的实验方案，请评价各方案是否严密？分别说明理由。1．方案甲：试液eq\o(→,\s\up8(BaCl2溶液),\s\do15())白色沉淀eq\o(→,\s\up8(足量稀HNO3),\s\do15())沉淀不溶解[提示]不严密。如果试液中含有Ag＋(或Pb2＋、Hg2＋)而不含SOeq\o\al(2－,4)，当加入BaCl2时同样产生白色沉淀，并且加入稀HNO3后沉淀不溶解，故方案甲不严密(Ag＋等干扰)。2．方案乙：试液eq\o(→,\s\up8(足量稀HCl),\s\do15())无沉淀eq\o(→,\s\up8(BaCl2溶液))白色沉淀[提示]严密。只有含SOeq\o\al(2－,4)的无色透明溶液才会出现此方案的现象，故方案乙严密。3．方案丙：试液eq\o(→,\s\up8(足量稀HNO3),\s\do15())无沉淀eq\o(→,\s\up8(BaNO32),\s\do15())白色沉淀[提示]不严密。如果试液中含有SOeq\o\al(2－,3)而不含SOeq\o\al(2－,4)，当加入足量稀HNO3溶液后，SOeq\o\al(2－,3)被氧化成SOeq\o\al(2－,4)，再加入Ba(NO3)2试液后出现不溶于稀HNO3的白色沉淀，故方案丙不严密(SOeq\o\al(2－,3)干扰)。[对点训练]题组1物质的检验1．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NHeq\o\al(＋,4)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COeq\o\al(2－,3)存在C[若原溶液中含有COeq\o\al(2－,3)，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HCOeq\o\al(－,3)、HSOeq\o\al(－,3)或SOeq\o\al(2－,3)，D项不正确。]2．如图是某学生设计的探究铁及其化合物的某些化学性质的流程图。下列有关叙述正确的是()eq\x(Fe2O3)eq\o(→,\s\up8(HCl),\s\do15(①))eq\x(甲溶液)eq\o(→,\s\up8(足量Fe粉),\s\do15(②))eq\x(乙溶液)eq\o(→,\s\up8(NaOH),\s\do15(③))eq\x(丙)A．反应①的离子方程式为Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2OB．检验乙溶液中的金属阳离子可用KSCN溶液C．反应③可制得一种红褐色的胶体D．物质丙在空气中能稳定存在A[A项，甲、乙、丙分别为FeCl3、FeCl2和Fe(OH)2，Fe2O3溶于酸生成Fe3＋，A项正确。B项，KSCN溶液可检验Fe3＋，不能检验Fe2＋，B项错误。C项，Fe(OH)2为白色沉淀，C项错误。D项，Fe(OH)2不稳定，在空气中易被氧化为Fe(OH)3，D项错误。]题组2物质推断3．某白色粉末由两种物质组成，为鉴别其成分进行如下实验：①取少量样品加入足量水仍有部分固体未溶解；再加入足量稀盐酸，有气泡产生，固体全部溶解；②取少量样品加入足量稀硫酸有气泡产生，振荡后仍有固体存在。该白色粉末可能为()【导学号：41722187】A．NaHCO3、Al(OH)3 B．AgCl、NaHCO3C．Na2SO3、BaCO3 D．Na2CO3、CuSO4C[A项中，NaHCO3、Al(OH)3加入足量水中，NaHCO3溶解，Al(OH)3不溶解；加入稀盐酸，固体全部溶解，且有气泡产生；NaHCO3、Al(OH)3均能与H2SO4反应，最后不会有固体剩余。B项中，NaHCO3溶于水，AgCl不溶于水，加入足量稀盐酸，AgCl仍不溶解。C项中Na2SO3溶于水，BaCO3不溶于水，BaCO3能溶于稀盐酸：BaCO3＋2HCl=BaCl2＋H2O＋CO2↑，Na2SO3、BaCO3均能与稀H2SO4反应：Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O、BaCO3＋H2SO4=BaSO4＋H2O＋CO2↑。D项中，CuSO4和Na2CO3都能溶于稀硫酸。]4．某无色透明溶液中，可能含有以下离子中的若干种：K＋、Mg2＋、Al3＋、Fe2＋、Ba2＋、NOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,4)、COeq\o\al(2－,3)、I－和Cl－，取该溶液进行如下实验：①将溶液滴在pH试纸上，呈红色。②将少许溶液浓缩后加入铜片和硫酸，有无色气体逸出，通入空气则立即变成红棕色。③取少许溶液滴入BaCl2溶液，则产生白色沉淀。④取实验③中的澄清溶液，滴入AgNO3溶液，产生不溶于稀HNO3的白色沉淀。⑤另取少许溶液，滴入NaOH溶液，有白色沉淀生成，当NaOH过量时，又有部分白色沉淀溶解。根据以上现象判断原溶液中()A．肯定不存在的离子是Ba2＋、Fe2＋、COeq\o\al(2－,3)、I－B．肯定存在的离子是Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、NOeq\o\al(－,3)、Mg2＋C．不能作出判断的离子是K＋D．以上判断都不正确A[无色透明溶液中无Fe2＋；①说明溶液呈酸性，可判断无COeq\o\al(2－,3)；②可以判断有NOeq\o\al(－,3)；结合①②，酸性溶液中NOeq\o\al(－,3)有强氧化性，可判断无还原性较强的I－；③中产生白色沉淀，溶液中应该有SOeq\o\al(2－,4)，进而推断溶液中无Ba2＋；③滴入BaCl2溶液，引入了Cl－；④中检验出的Cl－不一定是原溶液的；⑤沉淀部分溶解，可确定有Al3＋、Mg2＋。综上所述，溶液中一定有Mg2＋、Al3＋、NOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,4)，可能有K＋、Cl－，一定无Fe2＋、Ba2＋、COeq\o\al(2－,3)、I－。]酸碱中和滴定滴定操作(以标准盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例)：(1)滴定前的准备滴定管：检漏→洗涤→润洗→装液→排气泡→调液面→记录。锥形瓶：注碱液→记读数→加指示剂。(2)滴定(3)终点判断等到滴入最后一滴标准液，指示剂变色，且半分钟内不变色，视为滴定终点并记录消耗标准液的体积。[思考交流]1．滴定管a、b的名称分别是什么？[提示]a是酸式滴定管，b是碱式滴定管。2．为什么酸式滴定管不能用来盛装碱液，碱式滴定管不能盛放酸性溶液？[提示]酸式滴定管有磨砂的玻璃活塞，容易被碱液腐蚀。碱式滴定管有橡胶管，容易被酸性溶液腐蚀。3．滴定管和量筒读数时有什么区别？[提示]滴定管的“0”刻度在上面，越往下刻度值越大，而量筒无“0”刻度，并且越往上刻度越大。记录数据时滴定管一般到0.01mL，而量筒仅为0.1mL。4．中和滴定原理是酸的物质的量与碱的物质的量相等时，二者恰好反应吗？[提示]不是。酸碱完全反应时，n(H＋)＝n(OH－)，但酸与碱的物质的量不一定相等，因为酸有一元酸、多元酸之分，碱也有一元碱和多元碱之别。5．用盐酸滴定氨水，选什么作指示剂？怎样描述滴定终点？[提示]可选择甲基橙作指示剂，滴定终点时溶液由黄色变为橙色且半分钟内不再变化。6．酸碱恰好完全反应的点与滴定终点是否相同？[提示]不相同。酸碱恰好完全反应是指酸与碱按照物质系数恰好完全反应，酸和碱都不剩余，此时溶液可能为中性，也可能为酸性或碱性；而滴定终点是指指示剂颜色恰好变化的点，二者不相同。酸碱恰好完全反应与滴定终点特别接近，在一般科学研究中不会造成大的误差。[对点训练]题组1酸碱中和滴定[教师备选]在盐酸滴定NaOH溶液的实验中，用甲基橙作指示剂，滴定到终点时，溶液的颜色变化是()A．由黄色变为红色B．由黄色变为橙色C．由橙色变为红色D．由红色变为橙色B[甲基橙在NaOH溶液中显黄色，滴定到终点时，由黄色变为橙色。]1．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。]2．用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度，参考下图，判断表中组合正确的是()选项锥形瓶中溶液滴定管中溶液选用指示剂选用滴定管A碱液酸液石蕊乙B酸液碱液酚酞甲C碱液酸液甲基橙甲D酸液碱液石蕊甲C[甲为酸式滴定管，乙为碱式滴定管，若锥形瓶中装入一定体积的NaOH溶液(标准液)，则选用甲滴定管装H2SO4溶液，若锥形瓶中装入一定体积的H2SO4溶液(待测液)，则选用乙滴定管装NaOH溶液。]题组2酸碱中和滴定的有关计算及误差分析3．常温下，用0.1mol·L－1的HCl溶液滴定未知浓度的amLNaOH稀溶液，滴定至终点时，消耗HCl溶液bmL。此时溶液中[OH－]是()【导学号：41722188】A．1×10－7mol·L－1 B．0mol·L－1C．无法计算 D．eq\f(0.1b,a)mol·L－1A[由于进行的是一元强酸与一元强碱的中和滴定实验，故当滴定至终点时，溶液呈中性，常温下溶液的pH为7，[OH－]＝1×10－7mol·L－1。]4．下列实验操作一般不会引起误差的是()A．酸碱中和滴定时，用待测液润洗锥形瓶B．酸碱中和滴定时，用冲洗干净的滴定管盛装标准溶液C．用NaOH标准溶液滴定未知浓度的稀盐酸，实验时不小心多加了几滴酚酞指示剂D．用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH稀溶液，实验结束时，酸式滴定管尖嘴部分有气泡，实验开始时无气泡C[A项，锥形瓶不能用待测液润洗，否则使消耗的标准溶液体积偏大，从而使所测浓度偏大。B项，冲洗干净的滴定管无论是用于盛装标准溶液，还是用于量取待测液，都必须用待装溶液润洗2～3次，否则会将标准溶液或待测液稀释，引起误差。C项，在滴定过程中，指示剂多加了几滴，一般不影响实验结果。D项，实验开始时酸式滴定管中无气泡，实验结束时有气泡，会导致所读取的V(HCl)偏小，依据V(HCl)·c(HCl)＝V(NaOH)·c(NaOH)，可知所测得的c(NaOH)偏小。][教师备选]室温下，用0.1mol·L－1的NaOH溶液滴定0.1mol·L－1的盐酸，若到达滴定终点时不慎多加了1滴NaOH溶液(1滴溶液的体积约为0.05mL)，继续加水至溶液的体积为50mL，所得溶液的pH是()A．4B．7.2C．10D．11.3C[由题意知溶液中c(OH－)＝eq\f(0.1mol·L－1×0.05×10－3L,50×10－3L)＝1×10－4mol·L－1，则pH＝10。]根据公式c待＝eq\f(c标·V标,V待)进行中和滴定的误差分析时，应注意操作错误会使公式中的哪些数据发生变化，从而判断最终结果出现的误差。如配制标准溶液时，溶质的损失会使标准溶液浓度偏低，进而在滴定时，会使消耗的标准溶液体积偏大，导致测定结果偏大；量取待测液时读数偏小，会使测得的待测液浓度偏大。[当堂达标·固双基]1．准确量取24.90mL高锰酸钾溶液，可选用的仪器是()A．50mL量筒 B．10mL量筒C．50mL酸式滴定管 D．50mL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0.1mL，故应选用50mL的酸式滴定管。]2．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＋2HClOB．硫酸亚铁的酸性溶液中加入H2O2溶液：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OC．碳酸氢钙溶液中加入少量的氢氧化钠溶液：Ca2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=CaCO3↓＋H2OD．硫酸工业的尾气处理中用氨水吸收过量的SO2：NH3·H2O＋SO2=NHeq\o\al(＋,4)＋HSOeq\o\al(－,3)A[Ca(HCO3)2为易溶性盐，在离子方程式中应拆分。]3．能将分别含有Cu2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、NHeq\o\al(＋,4)、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