离子反应  在学习电离学说以前,我们对电解质在溶液里进行的某些化学反应,不能得到很好的解释.例如,把不同银盐的溶液跟不同氯化物的溶液相混和时,都会产生氯化银的白色沉淀.例如:

AGNO3（硝酸银） +Nac1（氯化钠）=Agc1↓（氯化银）+NANO3（硝酸钠）

Ag2S04（硫酸银）+Cuc12（氯化铜） =2Agc1↓（氯化银）+Cuso4（硫酸铜）

Agc2H302（醋酸银）+Kcl（氯化钾）=Agc1↓（氯化银）+KC2H302（醋酸钾）

    

在上面这三个化学反应里,所用的反应物的分子组成是各不相同的.但为什么它们都能生成同一种沉淀呢?如果说,这是因为在这些化合物里都含有银元素和氯元素.那末,是不是含有银元素的化合物和含有氯元素的化合物相遇时,总能生成氯化银沉淀呢?我们知道,当硝酸银(AgNO3)溶液跟氯酸钾(KC1O3)溶液混和时,或者硝酸银溶液跟四氯化碳①(CCL2)相遇时,都并没有氯化银沉淀生成.显然,这些实验事实是不能用分子论的观点来解释的。
    利用电离学说,就可以对电解质在水溶液里的相互反应作出本质的解释.
    根据电离学说,在水溶液里,电解质(特别是强电解质)并不以分子状态存在,而主要是以离子状态存在的.因此,电解质在水溶液里的相互反应,实际上参加反应的并不是电解质的分子,而是由它电离生成的离子;反应结果也不决定于电解质分子的种类,而决定于它溶液里存在的离子的种类,这种反应,我们称做离子反应。
    在硝酸银溶液里,实际上并不存在着AgNO。分子,主要存在着的只是Ag+离子和NOる离子の.同样,在氯化钠溶液里,实际上也不存在着NaCl分子,主要存在着的只是Na离子和CI~离子.当这两种溶液混和并发生化学反应时,实质上是这四种离子间的相互反应:Agt离子眼Cl离子结合成难溶解的氯化银沉淀;NO。离子跟Na+离子结合后生成硝酸钠,但由于硝酸钠是容易溶解的强电解质质,因此实际上它

 

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①四氯化碳是一种无色液态的有机化合物。
②因为AgNO是盐类,是强电解质,它在溶液里几乎能够完全电离成为离子和NO5离子。

 

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们并不结合成为硝酸钠分子,主要仍以离子状态存在于溶液中,因此,化学方程式(1)更加符合于真实情况的写法应该是：

       ‍Ag++NO3-+Na++C1-=Agcl↓+Na++NO3-      (4)‍

同样,化学方程式(2),(3)也应该分别写成:

  2Ag++SO4--+Cu+++2Cl-=2AgCl↓+Cu+++SO4--   (5)

      Ag++C2H3O2-+K++CI-=AgCl↓+K++C2H3O2       (6)

    氯酸钾在溶液里虽然也能电离,但电离结果生成K+离子和CIO5离子,并不生成CI~离子.因此,当氯酸钾溶液跟硝酸银溶液相混和时,是不可能生成氯化银沉淀的。

    四氯化碳是一种非电解质,它根本不能电离成离子.因此,四氯化碳跟硝酸银溶液相遇时,也不可能会有氯化银沉淀产生。

    离子方程式   如前所述,电解质(主要是碱、酸、盐)在溶液里所起的反应,主要是它们离子间的反应,为了更加符合于真实情况况,在表示这种反应的化学方程式里,应该用离子符号来代替溶液里的电解质的分子式(当然,反应里的非电解质,玻主要以分子状态存在的、电离度很小的弱电解质,仍应以分子式来表示),象这样的化学方程式,称做离子方程式例如上面(4)、(5)、(6)这几个化学方程式,就是离子方程式(相对于离子方程式,一般完全用分子式表示的化学方程式,可以称做“分子方程式”)。

    从上面这三个离子方程式还可看到,在这些化学反应里,有些离子实际上并没有参加反应,如(4)式中,反应物和生成物中都有NO3-,NA+;(5)式中,反应物和生成物中都有Cu++,SO4--;(6)式中反应物和生成物中都有K+,C2H3O2-,我们可以把它们从化学方程式的两边消去.这样,上面这三个离子方程式,最后将变成相同的形式,即

‍Ag++C1-=Agc1↓‍

经过这样简化后的离子方程式,称做简化离子方程式.上面这个简化离子方程式,清楚地表明了这三个化学反应的实质是完全相同的,它们都只是溶液里的Ag+离子和C1-离子相互结合,成为难溶解的(因而也是难电离的)氯化银分子。

    从这个简化离子方程式还可进一步看出:任何含有离子的溶液眼任何含有Cl离离子的溶液相混和时,都将会有氯化银沉淀生成.因此,我们可以用硝酸银(或其他可溶性的银盐)溶液(其中含有Ag+离子)来检验盐酸和一切可溶性的盐酸盐(其中含有CI离子),这在§1·5里已经介绍过了。

    由此可以看出,离子方程式更能表现出离子间相互反应的实质。

    现在我们再用电离学说的观点来研究一下强酸(例如盐酸)跟强碱(例如氢氧化钠)在溶液里发生的中和反应的实质盐酸跟氢氧化钠在溶液里发生中和反应生成氯化钠(盐)和水,这个反应的分子方程式是：

HC1+ NAOH=NAC1+H2O

写成离子方程式是

H++C1-+Na++OH-=Na+C1-+H2O

简化后得简化离子方程式:

‍H++0H-=H2O‍

从这个简化离子方程式,可以看出这个化学反应的实质是:由盐酸分子电离生成的氢离子,和由氢氧化钠分子电离生成的氢氧根离子,相互结合成为难电离的水分子.当盐酸和氢氧化钠的用量适好完全反应时,溶液里既没有氢离子(它使溶液显现酸性反应),也没有氢氧根离子(它使溶液显现碱性反应)存在.因此,这时溶液呈现中性①。

 

    不仅捡酸跟氢氧化钠反应的实质是这样的,其他任何强酸强碱的中和反应的实质也都是这样的.例如硫酸跟氢氧化钾的反应：

 (1)分子方程式       H2SO4+2KOH=K2SO4+2H2O

              (2)离子方程式        2H++SO4--+2K++2OH-=2K++SO4--+2H2O

                           (3)简化离子方程式    2H++2OH-=2H2O

                              即                  H++OH-=H2O

又如硝酸跟氢氧化钡的反应:

                             (1)分子方程式        2HNO3+Ba(OH)2=Ba(NO3)2+2H2O

             (2)离子方程式        2H++2NO3-+Ba+++2OH-=Ba+++2NO3-+2H2O

                       (3)简化离子方程式     2H++2OH-=2H2O

                          即                 H++OH-=H2O

    离子方程式的写法  我们学习了离子方程式和简化离子方程式后,现在再把书写离子方程式和简化离子方程式的具体步骤概括如下：

    第一步:写出反应的分子方程式

    第二步:把在溶液里主要以离子状态存在的物质(即容易溶解的强电解质)改写成离子形式,对那些在溶液里主要以分子状态存在的物质(非电解质或弱电解质以及难溶解的沉淀或气体),仍保留它们的分子式

     第三步:消去方程式两边相同的离子,得简化离子方程式。

 

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①应该指出,除强酸和强碱外,其他酸和碱完全中和时,溶液并不一定呈中在§47“盐类的水解”一节里还将详细讨论。

 

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   下面再举几个例子,根据上述步骤来书写离子方程式(简化离子方程式)：

    例1.在硫酸铜溶液里通入硫化氢生成黑色的硫化铜沉淀。

    第一步：Cuso4+H2S=Cus↓+H2S04

    第二步: Cu+++SO4--+H2S=CuS↓+2H++SO4--

    (H2S是弱电解质,CuS是不溶性的沉淀,因此仍保留分子式.)

    第三步：Cu+++t+H2S=CuS↓+2H+

    例2.盐酸跟碳酸钙(固体)发生反应放出二氧化碳气体

    第一步：Caco3+2HC1=Cac12+C02↑+H2O

    第二步: CaCO3+2H++2Cl-=Ca+++2C1-+CO2↑+H2O

   (CaCO3是难溶解的固体,CO2是难溶解的气体,H2O是极弱的电解质,因此仍保留分子式.)

    第三步 Caco3+H*=Ca**+C021+H20

   例3.醋酸溶液跟氢氧化钠溶液中和后生成醋酸钠和水.

   第一步: HC2H3O2+NaOH=NaC2H3O2+H2O

   第二步: HC2H3O2+Na++OH-=Na++C2H3O2-+H2O

  (HC2H3O2是弱电解质,H20是极弱的电解质,因此仍保留分子式.)

   第三步：HC2H302+OH-=C2H30-+H20①

    电解质溶液里的复分解反应进行近乎完全的条件碱类、酸类、盐类都是电解质,它们在溶液里的相互反应(一般是复分解反应),主要也是离子间的反应.

    在第一册§5.6里讲到碱、酸、盐在溶液里相互发生复分解反应进行近乎完全,至少必须具备下面三个条件中的一个:(1)生成难溶解的沉淀;(2)生成挥发性的气体;(3)生成水.

    利用电离学说,可以很好地解释碱、酸、盐在溶液里相互间的复分解反应进行近乎完全的条件.

 

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①从这个简化离子方程式可以看出,这个中和反应的实质和前述的强酸、强碱的中和反应的实质是有区别的.

 

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     碱、酸、盐在溶液里的复分解反应既是离子间的反应,那末如果溶液里的某些离子,能够结合成为难溶解的沉淀,从溶液析出;或结合成为容易挥发的气体,从溶液逸出;或结合成为极难电离的物质(例如水),这些离子实际上就从溶液里分离了出来,不会再跟溶液里的其他离子相互反应.这样,反应就朝着生成这些物质的方向进行到近乎完全.

    与此相反,电解质在溶液里的复分解反应,如果不具备上述的任何条件,反应就不能向一个方向进行近乎完全,例如,当把氯化钠溶液跟硝酸钾溶液相混和时,我们观察不到有任何现象发生.这两种物质如果能够发生复分解反应,那将是:
NAC1+KNO3=Kc1+ NANO3

写成离子方程式时是:
Na++Cl-+K++NO3-=K++c1-+ Na++NO3-

从这个离子方程式可以看出,当这两种溶液混和后,溶液里主要仍是四种离子.只有当把溶液蒸发时,溶液里的离子才有可能结合生成硝酸钠和氯化钾的分子;当然,同样也有可能结合生成氯化钠和硝酸钾的分子.因此,当把溶液完全蒸千时,所得晶体将是硝酸钠、氯化钾、氯化钠和硝酸钾四种物质的混和物.由此可以看出,上述反应是不能向一个方向进行到近乎完全的.