《水溶液中的离子反应与平衡思维导图》

I. 离子反应基础

• A. 离子:

  • 定义：带电荷的原子或原子团。
  • 分类：
    • 阳离子：带正电荷 (例如：Na+, H+, NH4+)。
    • 阴离子：带负电荷 (例如：Cl-, OH-, SO42-)。
  • 形成：
    • 原子得失电子。
    • 共价化合物电离。

• B. 电解质与非电解质:

  • 电解质：在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物。
    • 强电解质：在水中完全电离 (例如：强酸、强碱、可溶性盐)。
    • 弱电解质：在水中部分电离 (例如：弱酸、弱碱、水)。
  • 非电解质：在水溶液中和熔融状态下都不能导电的化合物 (例如：蔗糖、酒精)。
  • 区分关键：是否自身电离出自由移动的离子，与是否溶于水无关。

• C. 离子方程式:

  • 定义：用实际参加反应的离子符号来表示化学反应的式子。
  • 书写步骤：
    • 写出化学方程式。
    • 拆写：将易溶于水、易电离的物质拆写成离子形式；难溶、难电离、气体、单质、氧化物等保留化学式。
    • 删改：删去方程式两边未参加反应的离子。
    • 检查：检查原子个数守恒、电荷守恒。
  • 判断正误：
    • 原子个数是否守恒。
    • 电荷是否守恒。
    • 是否符合客观事实。
    • 是否拆分错误 (弱电解质和气体等不能拆)。
    • 是否漏掉离子。

• D. 离子共存:

  • 实质：离子之间不能发生反应，在溶液中大量存在。
  • 判断依据 (常见的不能共存的情况)：
    • 生成难溶物：例如：Ba2+ 和 SO42- 不能共存。
    • 生成气体：例如：CO32- 和 H+ 不能共存。
    • 生成难电离的物质 (弱酸、弱碱、水)：例如：H+ 和 OH- 不能共存，NH4+ 和 OH-不能共存生成NH3·H2O。
    • 发生氧化还原反应：例如：Fe2+ 和 ClO- 在酸性条件下不能共存。
    • 发生络合反应：例如：Fe3+ 与 SCN- 会形成有色溶液。
  • 隐含条件：注意溶液的酸碱性 (例如：在酸性条件下，CO32- 和 S2- 容易发生反应)。

II. 水溶液中的平衡

• A. 化学平衡:

  • 定义：一定条件下的可逆反应，反应物和生成物的浓度不再随时间变化的状态。
  • 特征：
    • 逆 (可逆反应)。
    • 动 (动态平衡)。
    • 等 (v正 = v逆，但并非所有物质浓度相等)。
    • 定 (条件不变，各组分浓度保持不变)。
    • 变 (改变条件，平衡移动)。
  • 影响因素：
    • 浓度：增大反应物浓度，平衡向生成物方向移动；增大生成物浓度，平衡向反应物方向移动。
    • 压强 (对于有气体参与的反应)：增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。
    • 温度：升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。
    • 催化剂：只改变反应速率，不影响平衡。

• B. 电离平衡:

  • 定义：弱电解质在水溶液中电离达到平衡的状态。
  • 特点：
    • 可逆过程。
    • 电离程度小。
    • 受外界条件影响。
  • 影响因素：
    • 浓度：稀释促进弱电解质的电离。
    • 温度：多数弱电解质的电离是吸热过程，升高温度促进电离。
    • 同离子效应：加入含有相同离子的物质，抑制弱电解质的电离。
    • 盐效应：加入与弱电解质无共同离子的盐，促进弱电解质电离（影响较小）。
  • 电离常数 (Ka/Kb)：
    • 定义：描述弱酸或弱碱电离程度的常数。
    • Ka/Kb越大，酸/碱性越强。
    • 只与温度有关。

• C. 水的电离平衡:

  • 水的电离：H2O ⇌ H+ + OH- (吸热过程)。
  • 水的离子积 (Kw)：
    • 定义：Kw = [H+][OH-]。
    • 只与温度有关，温度升高，Kw增大。
    • Kw反映水的电离程度。
    • 酸碱性判断：
      • 中性溶液：[H+] = [OH-]。
      • 酸性溶液：[H+] > [OH-]。
      • 碱性溶液：[H+] < [OH-]。
  • 影响因素：
    • 温度：升高温度，水的电离程度增大，Kw增大。
    • 酸碱：加入酸，抑制水的电离，[H+]增大，[OH-]减小；加入碱，抑制水的电离，[OH-]增大，[H+]减小。
    • 可水解的盐：促进水的电离 (后面详述)。

• D. 盐类水解:

  • 定义：盐在水溶液中与水作用，生成弱酸或弱碱，使溶液呈酸性或碱性的过程。
  • 本质：盐电离出来的离子与水电离出来的H+或OH-结合，生成弱电解质，导致水的电离平衡移动。
  • 规律：
    • 有弱才水解，无弱不水解。
    • 谁弱谁水解，越弱越水解。
    • 都弱都水解，双水解反应。
  • 影响因素：
    • 盐的浓度：浓度越大，水解程度越大。
    • 温度：水解是吸热过程，升高温度促进水解。
  • 水解平衡常数 (Kh)：
    • 定义：描述水解程度的常数。
    • Kh越大，水解程度越大。
    • 只与温度有关。
  • 应用：
    • 判断溶液酸碱性。
    • 配制某些溶液时控制pH。
    • 解释某些实验现象。
  • 双水解：
    • 强酸弱碱盐和强碱弱酸盐混合，促进彼此水解，可能产生气体、沉淀等。
    • 需要满足生成物是气体、沉淀或难电离的物质，反应才能发生。

III. 溶液pH计算与判断

• A. pH的定义: pH = -lg[H+]。
• B. pH的计算:
  • 强酸强碱溶液：直接根据酸或碱的浓度计算[H+]或[OH-]，再计算pH。
  • 弱酸弱碱溶液：考虑电离平衡，计算[H+]或[OH-]较为复杂，通常已知Ka或Kb。
  • 混合溶液：先判断溶液的酸碱性，再计算[H+]或[OH-]，然后计算pH。
  • 注意温度对Kw的影响，从而影响pH计算。
• C. pH的判断:
  • 酸性溶液：pH < 7。
  • 中性溶液：pH = 7。
  • 碱性溶液：pH > 7。
  • pH变化的影响因素：
    • 加入酸或碱。
    • 稀释或浓缩。
    • 盐类水解。
    • 改变温度。
• D. 酸碱中和滴定:
  • 原理：酸碱中和反应。
  • 仪器：滴定管、锥形瓶、烧杯、铁架台等。
  • 步骤：
    • 滴定管的润洗、校零。
    • 待测液的准备。
    • 指示剂的选择。
    • 滴定操作。
    • 数据处理。
  • 终点判断：指示剂颜色突变，且半分钟内不褪色。
  • 误差分析：
    • 滴定管读数误差。
    • 滴定终点判断误差。
    • 溶液溅出等。

IV. 难溶电解质的溶解平衡

• A. 溶解平衡:
  • 定义：在一定温度下，难溶电解质的溶解和沉淀达到动态平衡的状态。
  • 特点：动态平衡、溶度积常数。
• B. 溶度积常数 (Ksp):
  • 定义：在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂的乘积。
  • 只与温度有关，与离子浓度无关。
  • Ksp越大，溶解度越大，反之亦然。
• C. 溶解度 (S):
  • 定义：一定温度下，100g溶剂中溶解难溶电解质达饱和状态时，所溶解的质量。
  • 溶解度受温度、同离子效应、盐效应等影响。
• D. Q与Ksp的关系:
  • Q < Ksp：未达到饱和状态，继续溶解。
  • Q = Ksp：达到饱和状态，溶解与沉淀处于平衡状态。
  • Q > Ksp：过饱和状态，有沉淀析出。
• E. 应用:
  • 沉淀的生成、溶解和转化。
  • 分离、提纯物质。
  • 防止或减少有害物质的污染。
  • 沉淀溶解平衡的应用。

V. 平衡移动的图像

• 图像分析：
  • 纵坐标和横坐标的含义。
  • 图像的起点、终点和转折点。
  • 图像的斜率和面积。
  • 结合勒夏特列原理，判断平衡移动的方向。
• 常见图像类型：
  • 浓度-时间图像。
  • 速率-时间图像。
  • 转化率-时间图像。
  • pH-时间图像。
  • 温度/压强-平衡常数图像。

VI. 综合应用

• 涉及多个平衡的综合问题。
• 与氧化还原反应结合的离子反应。
• 实际生产生活中的应用。
• 复杂的计算和推理。
• 需对各知识点融会贯通，灵活运用。

此思维导图旨在概括水溶液中的离子反应与平衡的核心概念和知识点，方便复习和理解。 具体应用需结合实际题目灵活运用。