2024-2025学年高中化学第三章物质在水溶液中的行为第4节第2课时离子反应的应用学案鲁科版选修4

PAGE10-第2课时离子反应的应用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。(重点)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。授课提示：对应学生用书第64页学问点一物质检验与含量测定1．离子检验人们常用离子在确定条件下的特征反应来检验一些常见离子。被检验离子加入试剂现象有关反应的离子方程式Fe3＋KSCN溶液生成红色溶液Fe3＋＋3SCN=Fe(SCN)3I－AgNO3溶液、稀硝酸生成不溶于稀硝酸的黄色沉淀Ag＋＋I－=AgI↓2.测定溶液中离子浓度的三种方法(1)沉淀法(重量法)：确定体积含待测定离子的溶液eq\o(→,\s\up7(加入沉淀剂))得沉淀eq\o(→,\s\up7(称其质量))求得待测离子浓度。如溶液中SOeq\o\al(2－,4)的浓度可用Ba2＋将其转化为BaSO4沉淀，再称量沉淀的质量求得。(2)氧化还原滴定法：利用氧化还原反应原理，用已知精确浓度的离子的溶液通过滴定来测定未知浓度离子的浓度。如溶液中MnOeq\o\al(－,4)的浓度可用已知精确浓度的Fe2＋的溶液滴定的方法求得。(3)中和滴定法：让已知标准浓度的酸(或碱)与未知浓度的碱(或酸)恰好反应，通过测恰好中和时消耗标准液的体积来计算未知溶液的浓度。如强酸中H＋浓度可以用已知精确物质的量浓度的强碱溶液滴定的方法获得。[自我诊断]离子检验的常用方法有三种：检验方法沉淀法显色法气体法含义反应中有沉淀反应中有反应中有产生或溶解颜色变更气体产生请写出下列离子的检验方法：(1)NHeq\o\al(＋,4)：___________________________________________________。(2)I－：_____________________________________________________。(3)Fe3＋：____________________________________________________。(4)Cu2＋：__________________________________________________________。[提示](1)气体法(2)沉淀法(3)显色法(4)沉淀法学问点二物质的制备与纯化1．物质的制备离子反应可以用于制备酸、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\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－。(2)试验室制取CO2的离子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋H2O＋CO2↑。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＋，须要引入的试剂离子分别为Ba2＋、COeq\o\al(2－,3)、OH－。(2)除去污水中的重金属离子：将其转化为沉淀而除去。(3)软化硬水：除去或降低Ca2＋、Mg2＋的浓度。[自我诊断]粗盐的纯化过程是：及哪些离子反应？应留意什么问题？[提示]粗盐的纯化过程涉及的离子方程式有：Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓；Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓；Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓；Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓；Ba2＋＋COeq\o\al(2－,3)=BaCO3↓；H＋＋OH－=H2O；COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2O＋CO2↑。提纯时应留意：①除杂质时所加试剂的依次要求是：a.加Na2CO3必需在加BaCl2之后；b.加入盐酸要在过滤之后。②试剂加入依次有多种选择，如：a.BaCl2、NaOH、Na2CO3，过滤，HCl；b.BaCl2、Na2CO3、NaOH，过滤，HCl；c.NaOH、BaCl2、Na2CO3，过滤，HCl。学问点三生活中的离子反应1．胃酸过多的治疗(1)服用小苏打片：离子方程式为：H＋＋HCOeq\o\al(－,3)=CO2↑＋H2O。(2)服用胃舒平：离子方程式为：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O。2．硬水的形成及软化(1)含义：含有Ca2＋、Mg2＋较多的水。(2)形成(短暂硬水)：离子方程式为：CaCO3＋CO2＋H2O=Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)；MgCO3＋CO2＋H2O=Mg2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)。(3)软化方法：①加热法：Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；Mg2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up7(△))MgCO3↓＋CO2↑＋H2O。②纯碱法：在硬水中加入Na2CO3等沉淀剂，离子方程式为：Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓；Mg2＋＋COeq\o\al(2－,3)=MgCO3↓。[自我诊断]小苏打片(NaHCO3)和胃舒平[Al(OH)3]都可用于胃酸过多的治疗，为什么胃溃疡患者不能服用小苏打片？[提示]NaHCO3和Al(OH)3治疗胃酸过多的原理，都是利用二者能与胃中过多的H＋反应，来降低胃中H＋浓度，但小苏打片在消耗H＋时会放出CO2，HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O造成胃内压力过大，溃疡部位易造成穿孔。授课提示：对应学生用书第65页要点一常见离子的检验[典例1]有一瓶澄清的溶液，其中可能含有NHeq\o\al(＋,4)、K＋、Na＋、Mg2＋、Ba2＋、Al3＋、Fe3＋、Cl－、I－、NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)，取该溶液进行以下试验：①取pH试纸检验，表明溶液呈强酸性。②取少许溶液，加入少量CCl4及数滴新制氯水，经振荡后CCl4层呈紫红色。③另取溶液少许，加入NaOH溶液使溶液由酸性渐渐变为碱性，整个操作过程均无沉淀产生。④取③的溶液少许，加入Na2CO3溶液有白色沉淀生成。⑤若将③的溶液加热有气体放出，该气体能使潮湿的红色石蕊试纸变蓝。依据上述试验事实确定该溶液中：(1)确定存在的离子有___________________________________________________。(2)不能确定是否存在的离子有_______________________________。(3)取④的上层溶液做焰色试验，火焰呈黄色，________(填“能”或“不能”)证明原溶液中含有Na＋。解析：由试验①知溶液中确定无COeq\o\al(2－,3)；由试验②知溶液中确定含有I－，同时知Fe3＋、NOeq\o\al(－,3)确定不存在；由试验③知溶液中确定无Mg2＋和Al3＋，再由试验④知溶液中确定含有Ba2＋，同时知溶液中确定无SOeq\o\al(2－,4)；由试验⑤知溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)。故溶液中确定存在NHeq\o\al(＋,4)、Ba2＋、I－，确定不存在Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、NOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)，不能确定的是Na＋、K＋、Cl－。因在试验④中加入Na2CO3溶液，尽管焰色反应呈黄色，但仍无法推断原溶液中是否存在Na＋。答案：(1)NHeq\o\al(＋,4)、Ba2＋、I－(2)Na＋、K＋、Cl－(3)不能1．常见阳离子的检验(1)常规检验法：①用NaOH溶液能检验出Cu2＋、Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)。②焰色反应：用焰色反应可检验出溶液中的K＋和Na＋。(2)特别检验法：2．常见阴离子的检验(1)利用酸碱指示剂检验：OH－滴入酚酞溶液，溶液变为红色滴入紫色石蕊溶液，溶液变为蓝色(2)利用盐酸和其他试剂检验：COeq\o\al(2－,3)→加入CaCl2溶液后生成白色沉淀，再加稀盐酸沉淀溶解，并放出无色无味气体。SOeq\o\al(2－,4)→加入BaCl2溶液，产生不溶于稀硝酸或稀盐酸的白色沉淀。SOeq\o\al(2－,3)→加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，再加稀盐酸，放出无色有刺激性气味能使品红溶液退色的气体。(3)利用AgNO3(硝酸酸化)溶液检验：(4)利用某些特征反应检验：I－→滴入淀粉溶液和氯水，溶液变为蓝色。1．对于某些离子的检验及结论确定正确的是()A．加入稀盐酸产生无色气体，将气体通入澄清石灰水中，溶液变浑浊，确定有COeq\o\al(2－,3)B．加入氯化钡溶液有白色沉淀产生，再加盐酸，沉淀不消逝，确定有SOeq\o\al(2－,4)C．加入氢氧化钡溶液并加热，产生的气体能使潮湿的红色石蕊试纸变蓝，确定有NHeq\o\al(＋,4)D．加入碳酸钠溶液产生白色沉淀，再加盐酸，白色沉淀消逝，确定有Ba2＋解析：A中也可能存在HCOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)和HSOeq\o\al(－,3)；B中也可能存在Ag＋；能使潮湿的红色石蕊试纸变蓝的气体为NH3，能与NaOH溶液反应产生氨气的物质确定含有NHeq\o\al(＋,4)；D中Ca2＋、Mg2＋也有相同的试验现象。答案：C要点二酸碱中和滴定[典例2]阅读下列试验内容，依据题目要求回答问题。某学生为测定未知浓度的硫酸溶液，试验如下：用1.00mL待测硫酸配制100mL稀硫酸溶液；以0.14mol·L－1的NaOH溶液滴定上述稀硫酸25.00mL，滴定终止时消耗NaOH溶液15.00mL。(1)该学生用标准0.14mol·L－1NaOH溶液滴定硫酸的试验操作如下：A．用酸式滴定管取稀硫酸25.00mL，注入锥形瓶中，加入指示剂B．用待测液润洗酸式滴定管C．用蒸馏水洗干净滴定管D．取下碱式滴定管用标准的NaOH溶液润洗后，将标准液注入碱式滴定管“0”刻度以上2～3cm处，再把碱式滴定管固定好，调整液面至“0”刻度或“0”刻度以下E．检查滴定管是否漏水F．另取锥形瓶，再重复操作一次G．把锥形瓶放在滴定管下面，瓶下垫一张白纸，边滴边摇动锥形瓶直至滴定终点，登记滴定管液面所在刻度①滴定操作的正确依次是________(用序号填写)。②该滴定操作中应选用的指示剂是________。③在G操作中如何确定终点？________。(2)碱式滴定管用蒸馏水润洗后，未用标准液润洗导致滴定结果________(填“偏小”“偏大”或“无影响”)。(3)配制精确浓度的稀硫酸溶液，必需运用的主要容器是________。(4)如有1mol·L－1和0.1mol·L－1的NaOH溶液，应用________mol·L－1的NaOH溶液，缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)用标准NaOH溶液滴定时，应将标准NaOH溶液注入________(填“甲”或“乙”)中。(6)视察碱式滴定管读数时，若滴定前仰视，滴定后俯视，则结果会导致测得的稀硫酸溶液浓度测定值________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析：(1)中和滴定的步骤为查漏→洗涤→润洗→加液→滴定，故依次为ECDBAGF；指示剂可以运用酚酞；达到滴定终点时，溶液由无色变为浅红色(或粉红色)，且半分钟不退去。(2)若滴定管没有用标准溶液润洗，相当于溶液被稀释，消耗的标准溶液体积就大，从而使测定结果偏大。(3)配制100mL的溶液应选用100mL的容量瓶。(4)进行滴定时，所用标准溶液浓度越稀，误差就越小，故选用0.1mol·L－1氢氧化钠溶液。(5)氢氧化钠溶液应注入碱式滴定管乙中。(6)当读数时，起先仰视，会使读数偏大，后来俯视，会使读数偏小，计算出的体积会偏小，从而使测定结果偏小。答案：(1)①ECDBAGF②酚酞③溶液由无色变为浅红色(或粉红色)，且半分钟不退去(2)偏大(3)100mL容量瓶(4)0.1溶液浓度越稀，误差就越小(5)乙(6)偏小1．原理(1)定量分析：化学上把测定物质各组成成分含量的过程，称为定量分析过程。中和滴定是定量分析的一种方法。(2)中和滴定：用已知物质的量浓度的酸(或碱)来滴定未知物质的量浓度的碱(或酸)的方法就叫酸碱中和滴定。实质：H＋＋OH－=H2O即酸中的H＋和碱中的OH－物质的量相等。2．仪器(1)用到的仪器：酸式滴定管，碱式滴定管，移液管，滴定管夹，锥形瓶，烧杯，铁架台。(2)滴定管的结构和运用。①刻度(以50mL规格为例)：滴定管上标有温度(20℃)和刻度，刻度共50大格，每大格为1mL，每大格分为10小格，每小格为0.1mL，因此能读至0.01mL(估读1位)。“0”刻度在上，“50”刻度在下，在“0”以上至管口和“50”以下至尖嘴均无刻度。②滴定管盛装试剂要求——“二不能”：酸式滴定管不能装碱性溶液、水解呈碱性的盐溶液及氢氟酸。碱式滴定管不能装酸性溶液或高锰酸钾等强氧化性物质的溶液(橡胶管易被腐蚀)。3．试剂(1)标准液、待测液。(2)指示剂(加2～3滴)。4．操作(以标准盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例)(1)滴定前的打算：①查漏：检查滴定管的活塞是否敏捷、滴定管是否漏水。②洗涤：酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶依次用自来水、蒸馏水洗涤干净。③润洗：用待盛溶液将酸式、碱式滴定管润洗2～3次，以保证装入溶液时不变更溶液的浓度。④装液：溶液装入酸式、碱式滴定管中，所装溶液调至“0”刻度上方2～3cm处。⑤排气：调整活塞(或挤压玻璃球)，赶走气泡使滴定管尖嘴部分充溢溶液。⑥调液面：使液面处于“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度处。⑦读数：读数时视线应与溶液凹液面最低处相平，记录刻度(保留两位小数)。(2)滴定：①用碱式滴定管(或移液管)取确定体积的待测液于锥形瓶中，并滴入2～3滴酚酞试剂。把锥形瓶放在垫有一张白纸的酸式滴定管下面。②用左手限制活塞，右手不断旋转振荡锥形瓶，眼睛凝视锥形瓶内溶液颜色变更及滴定流速，当溶液变至无色且半分钟内不再复原红色，停止，登记刻度。(3)数据处理：按上述操作重复2～3次，求出标准盐酸体积的平均值，计算待测液浓度。5．误差分析(1)依据c(待)＝eq\f(c标·V标,V待)，对错误操作引起的误差进行分析。(2)常见错误操作及对应误差：(以酸滴定碱为例)错误操作c(待)的误差仪器洗涤酸式滴定管水洗后未用标准液润洗偏大碱式滴定管水洗后未用待测液润洗偏小锥形瓶水洗后用待测液润洗偏大量器读数滴定前俯视酸式滴定管，滴定后平视偏大滴定前仰视酸式滴定管，滴定后俯视偏小滴定操作滴定前酸式滴定管尖嘴部分有气泡，滴定结束后气泡消逝偏大滴定结束，滴定管尖端挂一滴液体未滴下偏大锥形瓶水洗后留有少量蒸馏水不变滴定过程中，振荡锥形瓶时，不当心将溶液溅出偏小用甲基橙作指示剂，滴至橙色，半分钟内又还原成黄色，不处理就计算偏小2．某化学试验小组想要了解市场上所售食用白醋(主要是醋酸的水溶液)的浓度，现从市场上买来一瓶某品牌食用白醋，用试验室标准NaOH溶液对其进行滴定。下表是4种常见指示剂的变色范围：指示剂石蕊甲基橙甲基红酚酞变色范围(pH)5.0～8.03.1～4.44.4～6.28.2～10.0(1)该试验应选用________作指示剂，向锥形瓶中移取确定体积的白醋所用的仪器是________。(2)如图表示50mL滴定管中液面的位置，若A与C刻度间相差1mL，A处的刻度为25，滴定管中液面读数应为________mL，此时滴定管中液体的体积为________。(3)为了减小试验误差，该同学一共进行了三次试验，假设每次所取白醋体积均为VmL，NaOH标准液浓度为cmol·L－1，三次试验结果记录如下：试验次数第一次其次次第三次消耗NaOH溶液体积/mL 26.0225.3225.28从上表可以看出，第一次试验中记录消耗NaOH溶液的体积明显多于后两次，其缘由可能是________________________________________________________________________。A．试验结束时俯视刻度线读取滴定终点时NaOH溶液的体积B．滴定前滴定管尖嘴部分有气泡，滴定结束无气泡C．盛装标准液的滴定管装液前用蒸馏水润洗过，未用标准液润洗D．第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗后，后两次未润洗E．滴加NaOH溶液过快，未充分振荡，刚看到溶液变色，立即停止滴定(4)依据所给数据，写出计算该白醋浓度的表达式(不必化简)：_____________________。解析：醋酸与氢氧化钠恰好完全反应时生成醋酸钠水解显弱碱性，所以指示剂最好选酚酞。读取标准液读数时，滴定到终点后俯视及刚看到溶液变色，立即停止滴定，都会使读取的标准氢氧化钠溶液体积偏小。答案：(1)酚酞酸式滴定管(或移液管)(2)25.40大于24.60mL(3)BCD(