离子反应与离子方程式

概览

有离子参加的反应叫离子反应，大多在水溶液中进行。用实际参加反应的离子符号表示反应的式子叫离子方程式。 离子方程式既能表达一个具体反应，也能表达一类反应的共同本质（如 $\ce{H+ + OH- -> H2O}$ 表示强酸与强碱的中和）。 本章核心是掌握离子方程式的"写、拆、删、查"四步法，并攻克高考难点——与量有关的离子方程式。

核心概念

1. 离子反应的实质

离子反应的实质是溶液中某些离子的浓度发生减小。只要反应能使自由离子的种类或数目减少，反应即可发生：

1. 生成难溶物（沉淀）；
2. 生成难电离物质（弱电解质、水）；
3. 生成挥发性物质（气体）；
4. （后续）发生氧化还原反应、络合反应。

2. 离子方程式与化学方程式的关系

	化学方程式	离子方程式
表示对象	具体的一个反应	一类反应的共性
书写特点	用化学式	强电解质拆成离子
示例	$\ce{NaOH + HCl -> NaCl + H2O}$	$\ce{H+ + OH- -> H2O}$

离子方程式的意义

$\ce{H+ + OH- -> H2O}$表示所有强酸与强碱生成可溶性盐的中和反应；而$\ce{CH3COOH + OH- -> CH3COO- + H2O}$ 表示弱酸参与的中和，弱酸不拆。

重点知识

1. 离子方程式的书写四步法

以 $\ce{CuSO4}$溶液与$\ce{Ba(OH)2}$ 溶液反应为例：

（1）写：写出化学方程式 $$\ce{CuSO4 + Ba(OH)2 -> Cu(OH)2 v + BaSO4 v}$$

（2）拆：把易溶且完全电离的物质拆成离子 $$\ce{Cu^2+ + SO4^2- + Ba^2+ + 2OH- -> Cu(OH)2 v + BaSO4 v}$$

（3）删：删去两边不参加反应的相同离子（本例无）

（4）查：检查原子个数守恒、电荷守恒、是否符合实际反应 $$\ce{Cu^2+ + SO4^2- + Ba^2+ + 2OH- -> Cu(OH)2 v + BaSO4 v}$$

2. 拆写规则（核心！）

拆成离子的（强电解质、且溶液状态）：

• 强酸：$\ce{HCl}$、$\ce{H2SO4}$、$\ce{HNO3}$；
• 强碱：$\ce{NaOH}$、$\ce{KOH}$、$\ce{Ba(OH)2}$；
• 可溶性盐：钾盐、钠盐、铵盐、硝酸盐等绝大多数盐。

不能拆的（写化学式）：

• 难溶物：$\ce{BaSO4}$、$\ce{AgCl}$、$\ce{CaCO3}$、$\ce{Fe(OH)3}$、$\ce{Cu(OH)2}$ 等；
• 弱电解质：$\ce{CH3COOH}$、$\ce{H2CO3}$、$\ce{NH3.H2O}$、$\ce{H2O}$、$\ce{HClO}$ 等；
• 气体：$\ce{CO2}$、$\ce{SO2}$、$\ce{NH3}$、$\ce{H2}$ 等；
• 单质、氧化物：$\ce{Fe}$、$\ce{Cl2}$、$\ce{Na2O}$、$\ce{Al2O3}$ 等。

微溶物的处理

微溶物（$\ce{Ca(OH)2}$、$\ce{CaSO4}$、$\ce{Ag2SO4}$、$\ce{MgCO3}$）作反应物且处于澄清溶液时拆成离子；作生成物析出沉淀时不拆。如石灰乳（$\ce{Ca(OH)2}$悬浊液）与$\ce{Cl2}$ 反应：$\ce{Cl2 + Ca(OH)2 -> Ca2+ + Cl- + ClO- + H2O}$（石灰乳不拆）。澄清石灰水中 $\ce{Ca(OH)2}$拆写为$\ce{Ca^2+ + 2OH-}$。

3. 离子方程式正误判断的"四查"

1. 查拆分：该拆的拆、不该拆的不拆（最常见错误：$\ce{NaHCO3}$写成$\ce{Na+ + H+ + CO3^2-}$，错，应写 $\ce{Na+ + HCO3-}$）；
2. 查守恒：原子守恒（配平）+ 电荷守恒（两边电荷代数和相等）；
3. 查配比：是否符合反应物的物质的量之比（尤其与量有关）；
4. 查产物：是否符合客观事实（如 $\ce{Fe}$与盐酸生成$\ce{Fe^2+}$而非$\ce{Fe^3+}$）。

4. 与量有关的离子方程式（高考重点难点）

原则："少定多变"——不足量的物质按化学式比例反应（系数定为 1），过量物质的数量随之调整。

典型情境 1：$\ce{CO2}$少量 / 过量通入$\ce{NaOH}$ 溶液

• 少量：$\ce{CO2 + 2OH- -> CO3^2- + H2O}$；
• 过量：$\ce{CO2 + OH- -> HCO3-}$。

典型情境 2：$\ce{Ca(OH)2}$与$\ce{NaHCO3}$（或 $\ce{Na2CO3}$）

• $\ce{Ca(OH)2}$ 少量：$\ce{Ca^2+ + 2OH- + 2HCO3- -> CaCO3 v + CO3^2- + 2H2O}$；
• $\ce{NaHCO3}$ 少量：$\ce{Ca^2+ + OH- + HCO3- -> CaCO3 v + H2O}$。

典型情境 3：$\ce{NaHSO4}$与$\ce{Ba(OH)2}$

• $\ce{Ba(OH)2}$ 过量（$\ce{NaHSO4}$ 少量，$\ce{SO4^2-}$ 全部沉淀且溶液呈中性）：$\ce{Ba^2+ + 2OH- + 2H+ + SO4^2- -> BaSO4 v + 2H2O}$；
• $\ce{Ba(OH)2}$ 少量（$\ce{Ba^2+}$与$\ce{OH-}$按$1:2$ 消耗）：$\ce{Ba^2+ + OH- + H+ + SO4^2- -> BaSO4 v + H2O}$。

典型情境 4：$\ce{AlCl3}$与$\ce{NaOH}$

• $\ce{NaOH}$ 少量：$\ce{Al^3+ + 3OH- -> Al(OH)3 v}$；
• $\ce{NaOH}$ 过量：$\ce{Al^3+ + 4OH- -> [Al(OH)4]-}$（或写 $\ce{AlO2- + 2H2O}$）。

与量有关题目的判断技巧

先明确"谁不足、谁过量"。把不足量的物质按组成比例定为"标准量"（通常系数为 1），再由它决定所需另一种反应物的离子数。写完后务必用"原子守恒 + 电荷守恒"验证。

典型例题

例题 1（离子方程式正误判断）

题目：下列离子方程式书写正确的是（　） A. $\ce{Fe + 2H+ -> Fe^3+ + H2 ^}$ B. $\ce{Na + H2O -> Na+ + OH- + H2 ^}$ C. 向 $\ce{NaHCO3}$ 溶液中滴加稀盐酸：$\ce{HCO3- + H+ -> CO2 ^ + H2O}$ D. $\ce{Cu + 2H+ -> Cu^2+ + H2 ^}$

分析：A 错——$\ce{Fe}$与非氧化性酸反应生成$\ce{Fe^2+}$，不是 $\ce{Fe^3+}$；B 错——不满足电荷守恒，应配平为 $\ce{2Na + 2H2O -> 2Na+ + 2OH- + H2 ^}$；C 对——$\ce{HCO3-}$是弱酸的酸式酸根不拆，与$\ce{H+}$反应生成$\ce{CO2}$和$\ce{H2O}$；D 错——$\ce{Cu}$ 不与稀盐酸、稀硫酸反应。

解答：选 C。

点评：本题四个选项覆盖离子方程式正误判断的高频陷阱：产物是否符合事实（A、D）、配平与守恒（B）、拆分是否正确（C）。判断顺序建议：先查"事实"，再查"拆分"，最后查"守恒与配比"。

例题 2（与量有关 + 定量计算）

题目：向含 $0.02\ \text{mol}$ $\ce{Ca(OH)2}$的澄清石灰水中缓慢通入$\ce{CO2}$，当恰好生成 $0.02\ \text{mol}$碳酸钙沉淀时，写出对应反应的离子方程式，并计算此时通入$\ce{CO2}$ 的体积（标准状况，$V_m=22.4\ \text{L/mol}$）。

分析：$\ce{Ca(OH)2}$与$\ce{CO2}$反应先生成$\ce{CaCO3}$：$\ce{Ca^2+ + 2OH- + CO2 -> CaCO3 v + H2O}$。$0.02\ \text{mol}$ $\ce{Ca(OH)2}$提供$0.02\ \text{mol}$ $\ce{Ca^2+}$，恰好生成 $0.02\ \text{mol}$ $\ce{CaCO3}$，说明通入 $\ce{CO2}$为$0.02\ \text{mol}$。

解答： 离子方程式：$\ce{Ca^2+ + 2OH- + CO2 -> CaCO3 v + H2O}$ 由化学计量关系：$n(\ce{CO2})=n(\ce{CaCO3})=0.02\ \text{mol}$， $$V(\ce{CO2})=n\cdot V_m=0.02\times 22.4=0.448\ \text{L}$$

答：通入 $\ce{CO2}$ 的体积为 0.448 L。

点评：本题将离子方程式与物质的量计算结合。注意若 $\ce{CO2}$ 过量，沉淀会继续溶解（$\ce{CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2}$），属于"与量有关"的典型递进。

易错提醒

易错提醒

• $\ce{NaHCO3}$的拆分：在水溶液中写$\ce{Na+ + HCO3-}$，不能写成 $\ce{Na+ + H+ + CO3^2-}$。
• $\ce{NH3.H2O}$、$\ce{H2O}$是弱电解质，不拆；写$\ce{NH3.H2O}$而不能写$\ce{NH3 + H2O}$。
• $\ce{Fe}$与酸（非氧化性酸）生成$\ce{Fe^2+}$；与 $\ce{Cl2}$、$\ce{HNO3}$（氧化性）才生成 $\ce{Fe^3+}$。
• 电荷守恒常被忽略：如 $\ce{2Na + 2H2O -> 2Na+ + 2OH- + H2 ^}$，左边电荷为 0，右边电荷也为 0 才正确。
• 与量有关时系数不可随意：$\ce{Ca(OH)2}$与$\ce{NaHCO3}$反应，少量/过量产物不同，注意沉淀中$\ce{Ca^2+}$、$\ce{OH-}$、$\ce{HCO3-}$ 的配比。
• 微溶物：作澄清溶液反应物时拆，作沉淀生成物时不拆。

与其他知识关联

• 拆写规则依赖 01-电离与电解质 的强弱电解质判断。
• 离子方程式正误判断常与 03-氧化还原反应/03-氧化还原方程式配平 结合（氧化还原离子方程式的配平与缺项）。
• 离子反应发生的条件（生成沉淀/气体/水/弱电解质）与 01-物质分类与转化/02-物质的转化 中复分解反应条件一致。
• 与量有关的书写在后续元素化学（钠、铝、铁、硫、氮）中大量运用。
• 离子共存判断建立在"离子反应能否发生"之上，见 03-离子共存与离子检验。

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