03 · 水溶液中的离子反应整理中

电离与水解

电离平衡

1. 定义：弱电解质电离与结合的的速率相同，各粒子浓度不变；

2. 注意：

   1. 电离过程吸热；

   2. 平衡时，转化率极小；

3. 影响因素：自身性质；温度（$T$ 增大，平衡右移）、浓度（越稀越电离，但是离子浓度降低）

4. 比较依据：$K_a$、$K_b$ 越大，越易电离，越显酸性、碱性。

盐类水解

1. 注意：

   1. 水解吸热；

   2. 水解一般极微弱；

2. 影响因素：自身因素、体系温度 $T$、溶液浓度 $c$；

3. 应用：

   1. 加热 $\mathrm{Na}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3(\mathrm{aq})$更容易去污；

   2. 储存、配置易水解的盐加酸；

   3. 可溶性铝/铁盐净水；

   4. 制取 $\mathrm{TiO}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{SnO}$、$\mathrm{SnO}{\phantom{A}}_2$ 等过渡金属氧化物；

   5. 判断溶液酸碱性；

   6. 制备固盐、胶体；

   7. 判断离子是否共存。

盐类的酸碱性

1. 强酸弱碱盐不水解，呈中性；

2. 弱酸根离子水解产生 $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$，弱碱阳离子水解产生 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$，因此强酸弱碱盐呈酸性，弱酸强碱盐呈碱性；

3. 弱酸弱碱盐应当看两种离子水解的 $K$，$K_{ha}$ 大呈碱性，$K_{hb}$ 大呈酸性，相近则中性；

4. 弱酸酸式盐的酸碱性应当比较 $K_a$ 和 $K_h$，$K_h$ 大于 $K_a$，溶液呈碱性，反之呈酸性。

强弱酸的判断

1. $0.1$ $mol/L$ 的溶液中，$pH=1$ 的为强酸，$pH>1$ 的为弱酸；

2. 同 $t$ 同 $c$ 的两种酸与金属反映的速率或导电能力；

3. 钠盐的 $pH$。

水溶液中的三大守恒

1. 电荷守恒：所有的阴离子和阳离子浓度和相等；

2. 物料守恒：不同形式的相同元素之和之比是化学式之比；

3. 质子守恒：水电离出的以不同形式存在的 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$ 和 $\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 的量相等。

pH

$pH=-lgc(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$；

意义：

1. 常温下，$pH=7$ 为中性，$pH<7$ 为酸性，$pH>7$ 为碱性；

2. $pH$ 越小则越酸，越大则越碱。

pH试纸

1. 操作：取一小块pH试纸于干燥洁净的玻璃片或表面皿上，用干燥清洁的玻璃板蘸取待测液于pH试纸上，与标准比色卡对准读数；

2. 种类：

   1. 广泛 $pH$ 试纸：测定范围为 $(1,14)$ 或 $(1,10)$，可识别的差距为 $1$；

   2. 精密 $pH$ 试纸：测定范围较窄，差距为 $0.2$ 或 $0.3$；

   3. 专用 $pH$ 试纸：只适用于酸性/碱性/中性溶液；

   其它检测$pH$的工具：$pH$ 计/酸度计：精密测量 $pH$，量程 $0-14$.

3. 注意：

   1. $pH$ 试纸本身为黄色，酸红碱蓝；

   2. $pH$ 试纸不能润湿，否则会导致酸性溶液结果偏大，碱性溶液结果偏小；

   3. $pH$ 试纸不能测量有漂白性、脱水性的物质，如氯气、次氯酸（但是二氧化硫溶液可以用 $pH$ 试纸测）。

酸碱指示剂

沉淀溶解平衡

1. 定义：一定条件下，沉淀/结晶的速度相等时，形成饱和的电解质溶液达到的平衡；

2. 移动：一般升温会使平衡正移，但也有例外，例如 $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$。

溶解度（$s$）

1. 定义：一定温度（压强）下，某一物质在 $100$ $g$ 溶液里的质量（体积）；

2. 影响因素：

   1. 溶质本身与溶剂、溶液的因素；

   2. 一般温度增大，固体的溶解度增加，气体减少；

   3. 一般压强增大，气体的溶解度增大。

溶解度大小的比较

1. 阴阳离子之比相同的物质，$K_{sp}$ 越大，溶解度越大；

2. 其他物质应当计算平衡时的浓度；

3. 复分解反应中，溶解性大的生成溶解性小的。

沉淀生成

1. 方法：

   1. 调节 $pH$（如 $\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{3+}$ 可以通过通入 $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$ 的方式沉淀）；

   2. 加沉淀剂；

元素示例

• $\mathrm{Ba}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Pb}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+}$ 用 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$ 沉淀。
• $\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Mg}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{F}{\phantom{A}}^{-}$ ($pH$ 不应过低，防止生成 $HF$）。
• $\mathrm{Cu}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Ag}{\phantom{A}}^{+},\mathrm{Pb}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Co},\mathrm{Ni}{\phantom{A}}^{2+}$ 用 $\mathrm{S}{\phantom{A}}^{2-}$ 沉淀。
• $\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Ba}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{3+},\mathrm{Al}{\phantom{A}}^{3+},\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+}$ (与 $\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Ba}{\phantom{A}}^{2+}$ 形成沉淀，与 $\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{3+},\mathrm{Al}{\phantom{A}}^{3+}$ 成氢氧化物)。
• $\mathrm{Ca}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Co}{\phantom{A}}^{2+},\mathrm{Ni}{\phantom{A}}^{2+}$ 可溶性草酸盐。

2. 应用：无机物的制备和提纯、废水处理等；

沉淀溶解

1. 原理：对于难溶的电解质，如果能设法不断移取生成物，使平衡向右移动，则可以使沉淀溶解；

2. 方法：

   1. 酸/碱溶解法 $\mathrm{V}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$ 可以被酸溶解，生成 $\mathrm{VO}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{+}$，也可以溶于强碱 $\mathrm{Cr}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{Cr}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3$ 有两性，遇碱生成 $[\mathrm{Cr}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_4]{\phantom{A}}^{-}$，遇酸生成 $\mathrm{Cr}{\phantom{A}}^{3+}$

   2. 盐溶解法；

   3. 生成配合物法 氨水溶解氢氧化铜：$\mathrm{Cu}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2+4\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{}{=}[\mathrm{Cu}(\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_4]{\phantom{A}}^{2+}+2\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}+4\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

   4. 氧化还原法（酸浸不活泼金属时会加入双氧水促进溶解） $\mathrm{Cu}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4\stackrel{}{=}\mathrm{CuSO}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

沉淀转化

1. 条件：一般溶解性大的转化为溶解性小的，但有时可以逆向转化；

2. 应用：

   1. 水垢；

   2. 化工流程中金属提取。