离子方程式基础 | 自在学

离子方程式基础

氯化钡溶液与硫酸钠溶液混合后生成白色沉淀，其中钡离子和硫酸根离子参与了沉淀形成，钠离子和氯离子仍留在溶液中。离子方程式用实际发生净变化的微粒表示反应，使共同的反应本质更清楚。

离子方程式正是为这个问题准备的语言。它不把同一瓶溶液里的所有粒子一股脑写上去，而是把真正改变的微粒留下。要把它写对，先要判断哪些物质在水中形成离子、哪些粒子会在反应前后消失或生成；最后再用元素守恒和电荷守恒回查。本章先打好这套基础，第 10 章再专门讨论哪些离子相遇时会真正发生反应。

电解质与溶液导电性

把两杯无色液体分别接入相同的导电装置：氯化钠溶液能使灯泡发亮，蔗糖溶液却不能。它们都“溶在水里”了，为什么表现不同？

氯化钠溶液与蔗糖溶液的导电性和微观粒子对比

只示意溶质的存在形式，未画出水分子及水电离产生的少量离子。

导电不是“水里有东西”就会发生，而要有能自由移动的带电粒子。氯化钠晶体中的 $\mathrm{Na^+}$ 和 $\mathrm{Cl^-}$ 虽然带电，却被固定在晶格中；溶于水后，水分子把它们分开并包围，离子能在电场作用下定向移动，电流便有了通路。蔗糖分子溶进水后仍主要以完整分子存在，没有形成足够多的自由离子，灯泡自然不亮。

自身在水溶液中或熔融状态下能产生自由移动离子而导电的化合物叫作电解质；在这两种状态下都不能导电的化合物叫作非电解质。氯化钠在水中发生的过程可写为：

\mathrm{NaCl\rightarrow Na^++Cl^-}

酸、碱、盐中许多常见物质属于电解质；蔗糖、乙醇和多数非金属氧化物等常作为非电解质的代表。判断时不能只背名单，而要回到定义：考察的是这种化合物在指定状态下能否产生可自由移动的离子。

不要把“某一杯溶液能否导电”直接等同于“溶质是不是电解质”。金属铜能导电，却是单质，不能据此称为电解质；氨水能导电，是氨与水作用后产生离子，题目若问“氨气是否为电解质”，对象已经变了。先分清物质本身的分类和溶液中的实际粒子，后面的离子方程式才不会从第一步混乱。

强与弱，比的是电离程度，不是溶液的浓与稀

取相同浓度、相同体积的盐酸和醋酸溶液接入导电装置，通常盐酸中的灯泡更亮。原因不是盐酸“装得更多”，而是进入水后，二者变成离子的程度不同。

盐酸与醋酸溶液中离子和分子数量的微观对比

在水溶液中能完全电离的电解质称为强电解质；只部分电离、溶液中还存在较多完整分子的称为弱电解质。强酸、强碱和大多数可溶性盐是常见强电解质；弱酸、弱碱和水是常见弱电解质。以盐酸和醋酸为例：

\mathrm{HCl\rightarrow H^++Cl^-}

\mathrm{CH_3COOH\rightleftharpoons H^++CH_3COO^-}

第二个式子中的可逆符号在提醒我们：醋酸分子电离的同时，离子结合成醋酸分子的过程也在进行，平衡时溶液中仍保留大量 $\mathrm{CH_3COOH}$ 分子。

最常见的误判是把“强、弱”偷换成“浓、稀”。醋酸是弱电解质，氯化氢是强电解质，这种分类不由溶液浓稀决定。盐酸是氯化氢的水溶液，属于混合物，本身不列入电解质或非电解质的分类。强弱说的是同一种物质电离是否完全，浓稀说的是单位体积中溶质有多少。至于一杯溶液导电能力强不强，还会受到浓度、离子所带电荷数和温度等影响，不能只拿“强电解质”四个字下结论。

例题： 下列叙述正确的是哪一项？

浓醋酸一定比稀盐酸导电能力强，因为前者浓度大；
硫酸钠在水中可用 $\mathrm{Na_2SO_4\rightarrow 2Na^++SO_4^{2-}}$ 表示；

第 2 项正确。第 1 项把导电能力说成只受一种因素决定；第 3 项忽略了“部分电离”仍会产生离子；第 4 项则把“有离子”误当成“离子能自由移动”。

写电离式时，右边正电荷总数与负电荷总数的绝对值必须相等，电荷代数和为零。例如 $\mathrm{Al_2(SO_4)_3\rightarrow 2Al^{3+}+3SO_4^{2-}}$ 中，右边总正电荷为，总负电荷为。电荷核对从电离式开始，而不是写到离子方程式时才补救。

从完整方程式到离子方程式：谁在改变，谁只是旁观

把 $\mathrm{BaCl_2}$ 溶液和 $\mathrm{Na_2SO_4}$ 溶液混合，出现白色硫酸钡沉淀。完整化学方程式为：

\mathrm{BaCl_2+Na_2SO_4\rightarrow BaSO_4\downarrow+2NaCl}

把反应前后溶液中的粒子摊开，左边的 $\mathrm{BaCl_2}$ 、 $\mathrm{Na_2SO_4}$ 都以自由离子形式存在；右边的氯化钠仍以自由离子形式存在，只有难溶的 $B a$ 从溶液中析出：

\mathrm{Ba^{2+}+2Cl^-+2Na^++SO_4^{2-}\rightarrow BaSO_4\downarrow+2Na^++2Cl^-}

两边完全相同、数量也相同的 $\mathrm{Na^+}$ 与 $\mathrm{Cl^-}$ 没有发生实质变化，叫作旁观离子。删去它们，留下真正参与变化的粒子：

\mathrm{Ba^{2+}+SO_4^{2-}\rightarrow BaSO_4\downarrow}

这就是离子方程式。它解释了为什么更换可溶性钡盐或可溶性硫酸盐，核心变化仍相同：只要溶液里能提供 $\mathrm{Ba^{2+}}$ 和 $\mathrm{SO_4^{2-}}$ ，就会生成硫酸钡沉淀。离子方程式不是“把化学式拆碎”，而是用变化中的粒子揭示反应本质。

盐酸与氢氧化钠反应的写、拆、删、查四步离子方程式示意图

本例中的可溶强电解质在水溶液中拆写；沉淀、气体和弱电解质仍保留化学式。

四步法：写、拆、删、查，每一步都要有理由

面对陌生题，不要一上来就凭记忆拼离子。把书写过程固定成四步，速度反而更稳。

写。先按反应事实写出并配平正确的化学方程式，写清必要条件和沉淀、气体符号。离子方程式不能替你纠正一个一开始就写错的生成物。

拆。把在水溶液中以自由离子形式存在的强电解质写成离子。可溶的强酸、强碱和盐通常要拆；沉淀、气体、水、单质、氧化物、弱电解质等保留化学式。关键不是背“见到什么都拆”，而是问：反应发生时它实际以什么形态存在？

删。将等式两边相同的离子按相同系数约去。约去的离子没有参与净化学变化；混合导致总体积变化时，其浓度仍可能改变。

检查每种元素的原子数是否守恒、两边电荷代数和是否相等，并回看物态和条件是否符合实验事实。三项都过关，式子才算写完。

下面把程序用于强酸强碱中和。稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，先写：

\mathrm{HCl+NaOH\rightarrow NaCl+H_2O}

拆开强电解质：

\mathrm{H^++Cl^-+Na^++OH^-\rightarrow Na^++Cl^-+H_2O}

删去 $\mathrm{Na^+}$ 、 $\mathrm{Cl^-}$ 后得到：

\mathrm{H^++OH^-\rightarrow H_2O}

左边电荷代数和为 $0$ ，右边水分子也不带电；H、O 原子数分别相等。这个短式子解释了许多强酸与强碱发生中和时的共同本质。现在试着自己完成一次“写、拆、删、查”，而不是只看最后一行。

拆写规则的难点：看状态，不要只看名称

把强电解质拆成离子，是因为它在该溶液中主要以离子存在；保留水、气体、沉淀和弱电解质，是因为它们不是一堆自由离子的简单集合。下面的反应很适合练这个边界：

\mathrm{CH_3COOH+NaOH\rightarrow CH_3COONa+H_2O}

醋酸是弱电解质，左边保留 $\mathrm{CH_3COOH}$ ；氢氧化钠和醋酸钠是可溶性强电解质，应拆成离子：

\mathrm{CH_3COOH+Na^++OH^-\rightarrow Na^++CH_3COO^-+H_2O}

删去 $\mathrm{Na^+}$ 后：

\mathrm{CH_3COOH+OH^-\rightarrow CH_3COO^-+H_2O}

若把醋酸也强行拆成 $\mathrm{H^+}$ 和 $\mathrm{CH_3COO^-}$ ，就把“部分电离”的事实抹掉了，还会错误地把这个反应写成强酸强碱中和的形式。强、弱电解质知识不是一张孤立表格，它直接决定离子方程式的写法。

同样地，固体 $\mathrm{BaSO_4}$ 不能拆成离子，反应中逸出的 $\mathrm{CO_2}$ 也不能拆。可溶性碳酸盐溶液与足量强酸反应时的离子方程式为：

\mathrm{CO_3^{2-}+2H^+\rightarrow H_2O+CO_2\uparrow}

左边总电荷为 $0$ ，右边也为 $0$ ；碳、氧、氢原子数均守恒。酸、碳酸根相遇后，生成水和逸出气体，原来的离子组合被真正改变了。

“强电解质全部拆、弱电解质不拆”是水溶液中书写离子方程式的工作规则，不是脱离条件的机械口号。审题时必须同时看物态、溶解性和题目给出的介质；同一种物质处在固体、溶液或生成沉淀等不同情形，写法可能不同。

正误辨析：配平了，为什么仍然不对

离子方程式常见失分并不总是“没配平”。有些式子元素数相等，却没有把真实的溶液粒子写出来；有些式子电荷似乎凑平了，却把旁观离子留在了核心反应里。

易错写法	问题在哪里	正确回查
$\mathrm{NaOH+H^+\rightarrow Na^++H_2O}$	可溶强碱 $N a O$ 未拆成离子

离子方程式从元素守恒、电荷守恒和物态三方面回查的示意图

依次核对原子种类和数目、电荷代数和、粒子的存在形态。特别是电荷核查很有用：它能迅速抓住“少写一个 $\mathrm{H^+}$ ”这类肉眼不容易发现的错误。

先说出错误属于“拆、删、配平”还是“状态”，再看反馈。这样练出来的不是一题的答案，而是一条可重复使用的判断路线。

离子共存的基础判断：寻找会被消耗的离子

“一组离子能否大量共存”并不是要求你凭名称猜答案，而是在问：把这些离子放在指定条件下的同一溶液中，是否有某些离子会因为反应而显著减少？若会生成沉淀、气体或难电离物质，相关离子就不能大量共存。

常见离子相遇后可共存或因生成沉淀、气体、弱电解质而不能共存的判断图

各组为独立的离子种类示例，图标数量不表示配平关系或实际溶液组成。

在无色透明溶液中， $\mathrm{Na^+}$ 、 $\mathrm{NH_4^+}$ 、 $\mathrm{Cl^-}$ 、之间没有立即形成沉淀、气体或水等难电离物质的趋势，通常可以大量共存。下面几组则不能：

\mathrm{Ag^++Cl^-\rightarrow AgCl\downarrow}

\mathrm{Ba^{2+}+SO_4^{2-}\rightarrow BaSO_4\downarrow}

\mathrm{H^++OH^-\rightarrow H_2O}

\mathrm{2H^++CO_3^{2-}\rightarrow H_2O+CO_2\uparrow}

每一条式子都说明一对离子为何不能“安静地待在一起”：它们被转化成沉淀、水或气体，原来的离子浓度会下降。题干中的“酸性”“碱性”“无色透明”等条件不能当背景板。例如溶液标明酸性时， $\mathrm{H^+}$ 已在场， $\mathrm{CO_3^{2-}}$ 就不能大量存在；“无色”还会帮助排除本身显色的离子。更完整的发生条件和定量边界将在下一章展开，本章先把“写出可能的离子方程式来检验共存”练熟。

练习：把离子语言用在新情境里

下列说法正确的是（）

将足量稀盐酸滴入碳酸钠溶液，正确的离子方程式是（）

写离子方程式时，凡是化学式中含有离子基团的物质都必须拆开。

硫酸钠溶液与氯化钡溶液反应的离子方程式是____。

综合题： 某同学将少量稀盐酸滴入醋酸钠溶液，写出如下离子方程式：

\mathrm{H^++CH_3COO^-\rightarrow CH_3COOH}

（1）该式在元素守恒和电荷守恒方面是否正确？（2）为什么产物醋酸不能写成 $\mathrm{H^++CH_3COO^-}$ ？（3）若把试剂改为盐酸与氢氧化钠溶液，写出对应离子方程式，并说明两式中保留或拆开的依据。

（1）正确。左、右两边均含 C、H、O，且左边总电荷为 $0$ ，醋酸分子不带电。

（2）醋酸是弱电解质，在水中只部分电离；写离子方程式时应保留 $\mathrm{CH_3COOH}$ 的化学式，不能把它当作强电解质完全拆写。

（3）氯化氢与氢氧化钠均为强电解质，在稀盐酸和氢氧化钠溶液中按离子形式书写，删去旁观离子后得到：

\mathrm{H^++OH^-\rightarrow H_2O}

S

O_{4}

\mathrm{BaSO_4}

H

\mathrm{NaOH}