等离子反应器

2024-10-31

等离子反应器（精选10篇）

等离子反应器篇1

1 反应器简介

某化工装置中有一台酯化反应器, 为固定床式, 填料段为离子交换树脂层, 混合液体和甲醇在离子交换树脂表面反应生成酯类。设备直径为DN3500 mm, 总高约11 m, 设计温度为100℃, 设计压力为1.0 MPa, 设备材质为S316。 (如图1所示)

2 技术分析

离子交换树脂在操作工况下会产生膨胀, 因此在设计时壳体、封头的厚度考虑膨胀的因素取1.5倍计算厚度, 经计算壳体和封头采用复合钢板:Q345R+S316。

离子交换树脂在操作过程中会膨胀, 因此离子交换树脂层的支承和压板结构应满足混合液体反应的过程需要和强度支撑的需要。

通常的设计是将用型钢做支承梁, 上面铺满分块的支承格栅, 经过计算, 树脂层下部的支承和上部的压板分别为2吨和1.3吨。本酯化反应器介质易产生聚合, 所以采用型钢和格栅结构都不利于清除聚合物。因此, 应该对离子交换树脂层的支承和压板结构设计进行优化, 以满足使用需要。

3 优化设计

经过比较, 采用板梁、筋板、多孔板结合的支撑结构更节省材料, 零部件形状也更为简单, 不易产生聚合。经过设计计算, 该结构形式的支承和压板重量为别为1.8吨和0.8吨。以支承结构为例, 设计内容如下:

(1) 纵向和横向支承梁采用300x12的钢板, 间距575, 所有支承梁上焊接100x12的支承板;纵向支承梁之间等间距加两道25x3加强筋板;

(2) 支承板上平铺12块多孔板, 多孔板板厚3mm, 上面开10mm圆孔, 孔间距20, 孔板上开适量20mm圆孔与支承板塞焊;

(3) 孔板上铺4层金属丝网, 用垫圈、螺栓和螺母固定在孔板上;

(4) 在多孔板和金属丝网之间用软绳缠绕螺栓, 起到密封和紧固的作用。 (如图1、2所示)

压板的结构与此同理, 板厚12mm的都降为6mm, 方向倒置。

4 优化设计的效果

(1) 该结构优化后减轻了支承的重量, 节省材料, 减少焊接量。

(2) 结构的简化可以减少介质的聚合, 减少停车清理聚合物的频次。

5 结论

该优化设计可以满足工艺要求, 实际工程应用效果好, 是一种可供压力容器设计人员参考利用的有效结构形式。

摘要：本文通过对某离子交换树脂反应期两种不同支撑结构的分析介绍, 为其它类似压力容器设计提供一定参考。

关键词：酯化反应器,支承,多孔板

参考文献

[1]GB150-2011, 压力容器[S].

等离子反应器篇2

一、复分解反应之间的竞争

若某一溶液中同时存在几个可能的复分解反应，则生成更难溶解或更难电离的物质的反应将优先进行。

例1.写出在硫酸铝铵溶液中加入少量氢氧化钡溶液的离子方程式。

解析：在硫酸铝铵溶液中，存在NH+4、Al3＋与SO2-4，当加入少量的Ba（OH）2溶液后，Ba2＋和SO2-4结合生成BaSO4，OH－则既可与Al3＋结合，又能与NH+4结合，它们彼此之间发生互相竞争的反应。由于在含有Al3＋的溶液中滴入NH3·H2O，有白色沉淀生成可知，Al3＋结合OH－的能力大于NH+4结合OH－的能力，OH－优先与Al3＋结合生成Al（OH）3，则上述离子方程式为：2Al3＋＋3SO2-4＋3Ba2＋＋6OH－■2Al（OH）3↓＋3BaSO4↓。

答案：2Al3＋＋3SO2-4＋3Ba2＋＋6OH－■2Al（OH）3↓＋3BaSO4↓

即时巩固：少量NaOH溶液滴入到NH4HCO3溶液中的离子方程式为　。

答案：HCO-3＋OH－■H2O＋CO2-3

二、氧化还原反应之间的竞争

若某一溶液中同时含有多种还原性（或氧化性）物质，则加入一种氧化剂（或还原剂）时，优先氧化（或还原）还原性（或氧化性）强的物质。

三、氧化还原反应与非氧化还原反应之间的竞争

一般情况下，氧化还原反应优先于非氧化还原反应发生。

例2.写出向漂白粉溶液中通入二氧化硫气体的化学方程式。

解析：漂白粉溶液中含有CaCl2和Ca（ClO）2，其中Ca（ClO）2水溶液能与SO2发生反应，向漂白粉溶液中通入二氧化硫气体后，是发生复分解反应，生成CaSO3和HClO，还是发生氧化还原反应，两反应互相竞争。由于次氯酸盐及次氯酸都具有强氧化性而亚硫酸盐及二氧化硫都具有还原性，所以是发生氧化还原反应而不是复分解反应。

答案：Ca（ClO）2＋2SO2＋2H2O■CaSO4↓＋2HCl＋H2SO4

即时巩固：往含Fe3＋、H＋、NO-3的混合液中加入少量SO2-3，充分反应后，下列离子方程式正确的是（　）

A.2Fe3＋＋SO2-3＋H2O■2Fe2＋＋SO2-4＋2H＋

B.2H＋＋SO2-3■H2O＋SO2↑

C.2H＋＋2NO-3＋3SO2-3■3SO2-4＋2NO↑＋H2O

D.2Fe3＋＋3SO2-3＋3H2O■2Fe（OH）3↓＋3SO2↑

解析：此题看上去似乎4个选项都可能发生，但我们知道氧化还原反应优先于非氧化还原反应，因此B、D不正确。那么SO2-3是先与Fe3＋反应还是先与H＋＋NO-3反应呢？可以用“假设法”进行判断。如果先与Fe3＋反应，则生成的Fe2＋又会与H＋＋NO-3反应，所以应先与H＋＋NO-3反应，故应选C。

答案：C

离子反应专题复习篇3

离子反应是高考的重点和难点。在高考中, 离子反应不仅会以选择题的形式出现, 还会出现在非选择题中。涉及离子反应的内容在整份高考试卷中占有很大的比重, 所以熟练掌握离子反应是赢得高考胜利的重要保证。高三第一轮复习时, 要紧紧围绕热点内容, 总结知识规律, 设计典型题目, 只有这样才能提高复习的针对性和有效性。下面笔者将从四个方面对离子反应给予剖析, 希望对师生有所帮助。

一、题型概述

1.选择题

主要题型是: (1) 判断离子间能否大量共存, (2) 离子方程式的正误判断。前者解题的关键:一是熟练掌握元素化合物的知识, 即离子间能否发生反应;二是注重审题, 注意题目中隐含条件的挖掘。而离子方程式正误判断中的错因主要有:①不符合客观事实, ②化学式的拆分不正确, ③反应物间量的关系不正确, ④不符合“三大”守恒等。

2.非选择题

主要题型是: (1) 复杂离子反应的书写, (2) 通过溶液中的离子反应推断未知离子或未知物。离子反应的书写主要考查酸碱反应中的过量与不足和氧化还原反应中离子方程式的书写。而通过溶液中的离子反应来推断未知物, 这类题综合了元素化合物的大部分知识, 同时将水的电离、溶液的酸碱性也渗透其中;内容变化多端, 思维强度大, 已成为新课标理综卷的精彩之笔。

二、热点剖析

1.判断溶液中离子能否大量共存的主要方法和依据

(1) 看题给条件。

①当已存在某离子时, 与之反应的离子不能存在。如当Ba2+已经存在时, 与之反应的SO $_{4}^{2 -}$ 不会大量存在。②当溶液呈无色时, 有色的离子不会大量存在。如Fe (SCN) 2+ (红色) 不会大量存在。③当溶液呈碱性时, 与OH-反应的离子不会大量存在。④当溶液呈酸性时, 与H+反应的离子不会大量存在。⑤不论是强碱性还是强酸性溶液中, 弱酸的酸式酸根离子都不会大量存在。如HCO-3不会大量存在。⑥要注意隐含条件的挖掘。如由水电离的c (H+) =1×10-14mol·L-1的溶液、水电离出来的H+和OH-浓度的乘积为1×10-28的溶液、加入Al片能放出H2的溶液, 上述隐含条件是该溶液可能为酸性也可能为碱性。

(2) 看能否反应。

①由于发生酸碱反应而不能大量共存。如AlO-2[Al (OH) -4]与HCO-3发生酸碱反应而不能大量共存, 离子方程式为 $A l Ο_{2}^{-} + Η C Ο_{3}^{-} + Η_{2} Ο =_{}^{} A l (Ο Η)_{3} ↓ + C Ο$ $_{3}^{2 -}$ 。②由于发生氧化还原反应而不能大量共存。如NO-3和I-在中性或碱性溶液中可以共存, 但在有大量H+存在的情况下将发生氧化还原反应而不能大量共存, 离子方程式为 $2 Ν Ο_{3}^{-} + 6 Ι^{-} + 8 Η^{+} =_{}^{} 3 Ι_{2} + 2 Ν Ο ↑ + 4 Η_{2} Ο$ 。③由于发生双水解反应而不能大量共存。如AlO-2[Al (OH) -4]与Mg2+在溶液中发生双水解反应而不能大量共存, 离子方程式为 $2 A l Ο_{2}^{-} + Μ g^{2 +} + 4 Η_{2} Ο =_{}^{} 2 A l (Ο Η)_{3} ↓ + Μ g$ (OH) 2↓。④由于发生络合反应而不能大量共存。如Fe3+和SCN-在溶液中发生络合反应不能大量共存, 离子方程式为 $F e^{3 +} + S C Ν^{-} \overset{}{⇌} [F e (S C Ν)]^{2 +}$ 。

2.离子方程式正误判断类试题中的常见陷阱

设错方式1:不符合客观事实, 错写反应产物

如反应 $2 F e + 6 Η^{+} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 3 Η_{2} ↑$ 是错误的, 由于Fe3+的氧化性强于H+, 因此在置换反应中Fe应被氧化为Fe2+, 正确的离子方程式为 $F e + 2 Η^{+} =_{}^{} F e^{2 +} + Η_{2} ↑$ 。

设错方式2:化学式拆分不正确

如将NH3通入醋酸溶液中的离子方程式写成 $C Η_{3} C Ο Ο Η + Ν Η_{3} =_{}^{} C Η_{3} C Ο Ο Ν Η_{4}$ 是错误的, 错在未将强电解质CH3COONH4拆分写成CH3COO-、NH+4, 正确的离子方程式为 $C Η_{3} C Ο Ο Η + Ν Η_{3} =_{}^{} C Η_{3} C Ο Ο^{-} + Ν Η$ +4。

设错方式3:反应物间量的关系不正确

如将NaHCO3溶液与少量石灰水反应的离子方程式写成 $Η C Ο_{3}^{-} + C a^{2 +} + Ο Η^{-} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + Η_{2} Ο$ 是错误的, 原因是此反应中Ca (OH) 2是二元碱且不足, Ca (OH) 2完全消耗, 所以方程式中Ca2+和OH-的物质的量之比应为1∶2, 正确的离子方程式应为 $2 Η C Ο_{3}^{-} + C a^{2 +} + 2 Ο Η^{-} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + 2 Η_{2} Ο + C Ο$ $_{3}^{2 -}$ 。

设错方式4:电荷不守恒或质量不守恒

如离子方程式 $F e^{2 +} + C l_{2} =_{}^{} F e^{3 +} + 2 C l^{-}$ 是错误的, 很显然电荷不守恒, 正确的应写成 $2 F e^{2 +} + C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 2 C l^{-}$ 。

设错方式5:氧化还原反应中得失电子不守恒

如将酸性KMnO4氧化H2O2的离子方程式写成 $2 Μ n Ο_{4}^{-} + 3 Η_{2} Ο_{2} + 6 Η^{+} =_{}^{} 2 Μ n^{2 +} + 4 Ο_{2} ↑ + 6 Η_{2} Ο$ 是错误的, 原因是氧化还原反应中得失电子不守恒, 正确的应写成 $2 Μ n Ο_{4}^{-} + 5 Η_{2} Ο_{2} + 6 Η^{+} =_{}^{} 2 Μ n^{2 +} + 5 Ο_{2} ↑ + 8 Η_{2} Ο$ 。

3.与量有关的离子方程式的书写

(1) 多离子反应中涉及的“量”——若是多离子参与的复分解反应, 可用“少定多变法”来书写。“少定”即量少的反应物, 若其阴、阳离子都参与反应, 它们反应的个数比按化学式的比例确定;“多变”即过量的反应物, 其化学计量数根据反应的需要确定, 不受化学式中的比例制约, 是可变的。例如, NaOH溶液中加入Ca (HCO3) 2溶液, 其中Ca (HCO3) 2中的Ca2+和HCO-3都参与反应, 若Ca (HCO3) 2少量, 其离子Ca2+与HCO-3的比例是固定的, 必以1∶2的比例 (即化学式的比例) 反应。然后再确定需2个OH-中和2个HCO-3, 则可写出: $C a^{2 +} + 2 Η C Ο_{3}^{-} + 2 Ο Η^{-} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + 2 Η_{2} Ο + C Ο$ $_{3}^{2 -}$ 。若Ca (HCO3) 2过量, 不会有CO $_{3}^{2 -}$ 存在, 则反应为 $C a^{2 +} + Η C Ο_{3}^{-} + Ο Η^{-} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + Η_{2} Ο$ 。此外, NaHSO4与Ba (OH) 2、Ca (OH) 2与NaHCO3、NH4HSO4与Ba (OH) 2等, 均是与“量”有关的有多种离子参与的反应, 都可用“少定多变法”书写。若出现滴加顺序不同, 实际上也是量多量少的问题, 仍可用上述方法书写。

(2) 多步反应中涉及的“量”——此类题常以能多步变化的物质作为关注点, 据另一反应物的量推测其反应到哪个程度。例如, 向AlCl3溶液中滴入NaOH溶液, 其过程可表示为 $A l^{3 +} \overset{3 Ο Η^{-}}{\to} A l (Ο Η)_{3} \overset{Ο Η^{-}}{\to} A l Ο_{2}^{-} [A l (Ο Η)_{4}^{-}]$ 。

与此类似的还有石灰水与CO2、NaAlO2[NaAl (OH) 4]与CO2、NaAlO2[NaAl (OH) 4]与HCl、Na2CO3与HCl、氨水与AgNO3等。

(3) 氧化还原反应中涉及的“量”——此类题主要是抓住氧化性和还原性强弱的大小确定反应的先后。例如, FeBr2溶液中通入Cl2, Cl2先与Fe2+反应, 之后再与Br-反应。

当 $\frac{n (C l_{2})}{n (F e B r_{2})} \leq \frac{1}{2}$ 时, 其离子方程式为 $2 F e^{2 +} + C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 2 C l^{-}$ ;

当 $\frac{n (C l_{2})}{n (F e B r_{2})} \geq \frac{3}{2}$ 时, 反应的离子方程式为 $2 F e^{2 +} + 4 B r^{-} + 3 C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 2 B r_{2} + 6 C l^{-}$ ;

当 $\frac{1}{2} ＜ \frac{n (C l_{2})}{n (F e B r_{2})} ＜ \frac{3}{2}$ 时, Fe2+全部被氧化, Br-部分被氧化, 当n (FeBr2) =n (Cl2) 时, 反应的离子方程式为 $2 F e^{2 +} + 2 B r^{-} + 2 C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + B r$ 2+4Cl-。与此类似的还有氯水与FeI2等。

(4) 与“量”有关的几点注意事项:①Mg (HCO3) 2溶液与过量的NaOH反应, 不能忽视Mg (OH) 2比MgCO3更难溶的事实, 所以应生成Mg (OH) 2而不是MgCO3。②NH4HCO3与少量NaOH溶液反应, 不可忽视的是OH-先与HCO-3反应, 再与NH+4反应生成碱 (NH3·H2O) 。③少量CO2与AlO-2[Al (OH) -4]、Ca (ClO) 2、Na2SiO3反应时生成CO $_{3}^{2 -}$ , 而与NaClO、苯酚钠反应只生成HCO-3。

三、典例精析

考点一:判断离子组能否共存

例1.下列各组离子在指定的溶液中不能大量共存的是 ( )

A.滴入KSCN溶液显红色的溶液中:K+、Fe2+、SO $_{4}^{2 -}$ 、Cl-

B.1mol·L-1的烧碱溶液中:S2-、SO $_{3}^{2 -}$ 、SO $_{4}^{2 -}$ 、K+

C.使淀粉碘化钾试纸变蓝的溶液:Cs+、Ba2+、S2-、Cl-

D.含有大量HCO-3的澄清透明溶液中:K+、NH+4、Cl-、Na+

解析:能使淀粉碘化钾试纸变蓝, 说明该溶液具有很强的氧化性, 由于S2-的还原性强于I-, 故在此溶液中S2-一定不能大量存在。

答案:C

思维拓展:判断离子组能否共存是高考的传统题型, 试题的发展趋势是增加限制条件和定性中有定量, 难点主要集中在离子之间的双水解反应和氧化还原反应。

考点二:离子方程式的正误判断

例2.下列离子方程式书写正确的是 ( )

A.向FeI2溶液中通入Cl2至Fe2+恰好完全被氧化: $2 F e^{2 +} + C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 2 C l^{-}$

B.NaOH溶液与足量的Ca (HCO3) 2反应: $Η C Ο_{3}^{-} + Ο Η^{-} + C a^{2 +} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + Η_{2} Ο$

C.NaHSO4溶液和Ba (OH) 2溶液充分反应后溶液呈中性: $B a^{2 +} + Ο Η^{-} + Η^{+} + S Ο_{4}^{2 -} =_{}^{} B a S Ο_{4} ↓ + Η_{2} Ο$

D.Na2CO3溶液吸收Br2蒸气: $3 C Ο_{3}^{2 -} + B r_{2} =_{}^{} B r^{-} + B r Ο$ -3+3CO2

解析:由于还原性I->Fe2+, 当Fe2+被完全氧化时, I-也已反应完, 故正确的离子方程式为 $2 F e^{2 +} + 4 Ι^{-} + 3 C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + 2 Ι_{2} + 6 C l^{-} ‚ A$ 项错。设选项C中含1molNaHSO4, 则只需 $\frac{1}{2} m o l B a (Ο Η)_{2}$ 即可满足条件, 故正确的离子方程式应为 $B a^{2 +} + 2 Ο Η^{-} + 2 Η^{+} + S Ο_{4}^{2 -} =_{}^{} B a S Ο_{4} ↓ + 2 Η_{2} Ο ‚ C$ 项错。选项D中虽是未知反应, 但不符合电荷守恒, 很快判断是错误的。

答案:B

思维拓展:对离子方程式正误判断的考查可谓“年年岁岁题相似, 岁岁年年题不同”, 从2011年各地考题中透露出这样的信息:新高考命题特点之一是“离子反应与量有关”, 之二是“对未知反应的正误判断”, 之三是“结合电离常数书写离子方程式”, 增加了试题的难度。

例3.下表中对离子方程式的评价合理的是 ()

解析:根据电解规律可知, 若阴极发生反应 $C u^{2 +} + 2 e^{-} =_{}^{} C u$ , 则阳极必发生反应 $2 C l^{-} - 2 e^{-} =_{}^{} C l_{2} ↑$ , 故选项A评价是合理的。选项B中离子方程式不符合得失电子守恒, 正确的离子方程式应为 $2 Μ n Ο_{4}^{-} + 5 Η_{2} Ο_{2} + 6 Η^{+} =_{}^{} 2 Μ n^{2 +} + 5 Ο_{2} ↑ + 8 Η_{2} Ο$ , 评价错误。选项C中离子方程式是错误的, 当滴入少量NaOH溶液时, 只发生反应 $A l^{3 +} + 3 Ο Η^{-} =_{}^{} A l (Ο Η)_{3} ↓$ , 产物中只有Al (OH) 3沉淀生成, 不可能有NH3·H2O生成, 评价错误。选项D中反应不可能有金属镁生成, 正确的离子方程式为 $Μ g^{2 +} + 2 C l^{-} + 2 Η_{2} Ο =_{}^{电解} Μ g (Ο Η)_{2} ↓ + C l$ 2↑+H2↑, 评价错误。

答案:A

思维拓展:本题型是“离子方程式正误判断类”试题的衍生物, 解决问题的关键是先写出正确的离子方程式, 然后判断“评价”是否合理。

考点三:鉴别实验中的离子反应

例4.下列说法中正确的是 ( )

A.加入NaOH溶液产生红褐色沉淀, 则原溶液中一定含有FeCl3

B.加入BaCl2溶液生成白色沉淀, 再加足量盐酸沉淀不溶解, 则原溶液中一定有SO $_{4}^{2 -}$ 存在

C.加入NH4Cl溶液并加热, 有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体生成, 则原溶液中一定有OH-存在

D.无色试液 $\overset{焰色反应}{\to}$ 焰色呈黄色, 说明原溶液中一定不含K+

解析:选项A中只能说明原溶液中含有Fe3+, 但无法判断原溶液中是否含有Cl-。选项B中干扰离子是Ag+, 即原溶液中含有Ag+也有类似现象。选项C是正确的, 同时也说明了NH+4和OH-可以互检, 这一点尤其要引起注意。检验K+时一定要透过蓝色钴玻璃, 这样能把Na+灼烧产生的黄光过滤掉, 只有这样才能观察到有无紫色火焰, 即选项D中原溶液中即使存在K+, 也观察不到紫色火焰, 故D项错。

答案:C

思维拓展:物质的提纯和鉴别是中学化学实验的重点内容, 它渗透于化学分析的全过程中, 也是历年高考中的热点。考纲明确要求掌握6种阳离子 (Al3+、Fe3+、Fe2+、H+、Ag+、NH+4) 和7种阴离子 (Cl-、Br-、I-、SO $_{4}^{2 -}$ 、SO $_{3}^{2 -}$ 、CO $_{3}^{2 -}$ 、OH-) 的鉴定反应。

考点四:图像中的离子反应

例5.向含Na2CO3、NaAlO2[NaAl (OH) 4]的混合溶液中逐滴加入150mL1mol·L-1盐酸溶液, 测得溶液中某几种离子物质的量的变化如下图所示, 则下列说法不正确的是 ( )

A.a曲线表示的离子方程式为 $A l Ο_{2}^{-} + Η^{+} + Η_{2} Ο =_{}^{} A l (Ο Η)_{3} ↓$

B.b和c曲线表示的离子反应是相同的

C.M点时, 溶液中沉淀的质量为3.9g

D.原混合溶液中CO $_{3}^{2 -}$ 与AlO-2[Al (OH) -4]的物质的量之比为1∶2

解析:混合溶液中逐滴加入盐酸的过程中, 依次发生如下反应: $A l Ο_{2}^{-} + Η^{+} + Η_{2} Ο =_{}^{} A l (Ο Η)_{3} ↓ ① ‚ C Ο_{3}^{2 -} + Η^{+} =_{}^{} Η C Ο_{3}^{-} ② ‚ Η C Ο_{3}^{-} + Η^{+} =_{}^{} C Ο_{2} ↑ + Η_{2} Ο ③ ‚ A l (Ο Η)_{3} + 3 Η^{+} =_{}^{} A l^{3 +} + 3 Η_{2} Ο ④$ 。结合图像可知, 曲线a表示AlO-2, 曲线b表示CO $_{3}^{2 -}$ , 曲线c和d表示HCO-3, 偏铝酸根离子在加入盐酸50mL时沉淀完全, 由反应①得n (AlO-2) =n (H+) =0.05mol;当盐酸超过150mL时沉淀才开始溶解, 故M点时生成的沉淀的物质的量n[Al (OH) 3]=n (AlO-2) =0.05mol, 相当于3.9g。综合分析, 选项A、B和C均正确。而根据反应①②可知, 原混合溶液中CO $_{3}^{2 -}$ 与AlO-2的物质的量之比应为1∶1, D项错。

答案:D

思维拓展:结合图表考查离子反应的先后顺序是一个难点, 也是高考考查元素化合物知识的重要载体。主要考查内容集中在含H+、NH $_{4}^{+}$ 、Al3+的混合溶液中加烧碱时的过程分析, 含多种还原性离子的混合溶液中通入Cl2后的过程分析等。

考点五:离子反应的综合应用

例6.某溶液由HCO-3、AlO-2、CO $_{3}^{2 -}$ 、SO $_{4}^{2 -}$ 、Na+、Ag+、Ba2+、Al3+中的若干种组成, 取该溶液进行如下实验:

①取适量试液, 加入过量硝酸, 有气体生成, 并得到溶液;

②在①所得溶液中再加入过量NH4HCO3溶液, 有气体生成, 同时析出白色沉淀甲;

③在②所得溶液中加入过量Ba (OH) 2溶液, 也有气体生成, 并有白色沉淀乙析出。

请根据上述实验结果, 填空:

(1) 写出实验②中发生的所有反应的离子方程式: 。

(2) 该溶液中一定存在的离子是。

(3) 某同学认为, 为分析该溶液中不能确定的离子, 只需对白色沉淀乙进行分析, 请写出实验操作和现象: 。

解析:由实验①加入过量的盐酸, 有气体放出, 可知原溶液中可能含有HCO-3或CO $_{3}^{2 -}$ 。由实验②得到的白色沉淀甲推知原溶液中必含有铝元素, 而HCO-3和Al3+、AlO-2均不能共存, 由此可知原溶液中必含有CO $_{3}^{2 -}$ 而无HCO-3, 则与CO $_{3}^{2 -}$ 不能共存的Ag+、Ba2+、Al3+均不存在。在实验①所得溶液中再加入过量NH4HCO3溶液, 有气体生成, 应是过量的硝酸与NH4HCO3作用的结果, 同时析出的白色沉淀甲则应为HCO-3与实验①中生成的Al3+作用生成的Al (OH) 3沉淀。在实验②所得溶液中加入过量Ba (OH) 2溶液, 也有气体生成, 这是由于过量的NH4HCO3引入的NH+4、HCO-3与过量的Ba (OH) 2溶液引入的OH-、Ba2+的反应结果;同时析出白色沉淀乙说明一定含有BaCO3, 可能含有BaSO4。欲判断乙中是否含有BaCO3和BaSO4或只含有BaCO3, 需加入盐酸, 观察沉淀是否全部溶解:若沉淀全溶解, 则乙为BaCO3;若沉淀部分溶解, 则乙为BaCO3和BaSO4。考虑溶液中应同时含阴、阳离子, 则唯一的阳离子Na+一定存在。

答案: $(1) Η C Ο_{3}^{-} + Η^{+} =_{}^{} C Ο_{2} ↑ + Η_{2} Ο$ 、 $3 Η C Ο_{3}^{-} + A l^{3 +} =_{}^{} A l (Ο Η)_{3} ↓ + 3 C Ο_{2} ↑$

(2) Na+、AlO-2、CO $_{3}^{2 -}$

(3) 取少量白色沉淀乙, 加入盐酸后观察沉淀是否全部溶解, 若全部溶解, 则原溶液中无SO $_{4}^{2 -}$ ;若沉淀部分溶解, 则原溶液中含有SO $_{4}^{2 -}$

思维拓展:依据常见离子的特征性质及实验现象, 判断离子的存在与否时, 在分析判断过程中:一要注意题目所给的限制条件和推断范围;二要注意当得出肯定存在的结论后, 要根据离子能否共存而推断出不可能存在的离子;三要注意上一步实验对下一步实验的影响。

四、强化训练

1.常温下, 下列各组离子在指定溶液中可能大量存在的是 ( )

A.由水电离的c (H+) =10-12mol·L-1的溶液中:Cl-、CO $_{3}^{2 -}$ 、K+、SO $_{3}^{2 -}$

B.含有大量AlO-2的溶液中:K+、Al3+、Br-、HCO-3

C.使甲基橙变红色的溶液中:Fe2+、K+、NO-3、SO $_{4}^{2 -}$

D.使pH试纸变深蓝色的溶液中:Cl-、K+、Mg2+、SO $_{3}^{2 -}$

2.下列离子方程式正确的是 ( )

A.澄清石灰水中滴入少量Ca (HCO3) 2: $C a^{2 +} + 2 Η C Ο_{3}^{-} + 2 Ο Η^{-} =_{}^{} C a C Ο_{3} ↓ + C Ο$ $_{3}^{2 -}$ +2H2O

B.已知Ka (HClO) >Ka2 (H2CO3) , 则有2ClO-+CO2 (少量) $+ Η_{2} Ο =_{}^{} C Ο_{3}^{2 -} + 2 Η C l Ο$

C.金溶于王水生成AuCl-4和NO: $A u + 4 Η^{+} + 4 C l^{-} + Ν Ο_{3}^{-} =_{}^{} A u C l_{4}^{-} + Ν Ο$ ↑+2H2O

D.FeBr2溶液中通入足量的Cl2: $2 F e^{2 +} + 2 B r^{-} + 2 C l_{2} =_{}^{} 2 F e^{3 +} + B r$ 2+4Cl-

3.含有1molHNO3的稀硝酸分别与不同质量的铁粉反应, 所得氧化产物与铁粉物质的量关系如下图所示 (已知稀硝酸的还原产物只有NO) 。下列有关判断正确的是 ( )

A.曲线a表示Fe2+, 曲线b表示Fe3+

B.P点时总反应的离子方程式表示为

$\begin{array}{l} 5 F e + 16 Η^{+} + 4 Ν Ο_{3}^{-} =_{}^{} 3 F e^{2 +} + 2 F e^{3 +} + 4 Ν Ο ↑ + 8 Η_{2} Ο \\ C . n_{2} = 0.25 m o l \end{array}$

D.n3∶n1=3∶2

4.A、B、C、D 4种可溶的化合物 (所含离子各不相同) , 分别由阳离子Na+、Mg2+、Al3+、Ba2+和阴离子OH-、Cl-、SO $_{4}^{2 -}$ 、CO $_{3}^{2 -}$ 两两组合而成。为了确定这4种化合物的成分, 某同学进行了如下实验操作:

①将4种化合物各取适量配成溶液, 分别装入4支试管。

②取A溶液分别滴入另外3种溶液中, 记录实验现象如下:

B溶液 $\overset{滴入 A 溶液}{\to}$ 白色沉淀 $\overset{再加 A 溶液}{\to}$ 沉淀不溶解

C溶液 $\overset{滴入 A 溶液}{\to}$ 白色沉淀 $\overset{再加 A 溶液}{\to}$ 沉淀不溶解

D溶液 $\overset{滴入 A 溶液}{\to}$ 白色沉淀 $\overset{再加 A 溶液}{\to}$ 沉淀部分溶解

③向B溶液中滴入D溶液, 无明显实验现象。

请回答下列问题:

(1) 请写出它们的化学式:A______, B______, C______, D______。

(2) 上述②的第三次实验中, 再加入A, 沉淀部分溶解的离子方程式为。

(3) ③中若是向C溶液中滴入D溶液, 可能出现的实验现象是。

5.现有4种阳离子K+、Ag+、Ba2+、Al3+与3种阴离子OH-、Cl-、SO $_{4}^{2 -}$ 组成6种化合物A、B、C、D、E、F (不含结晶水) 。为鉴别它们, 分别完成以下实验, 其结果是:

①B和D都不溶于水, 也不溶于酸。

②A溶于水后, 与上述某阳离子反应可生成B;若A溶液与适量E溶液反应生成沉淀, 再加入过量E溶液, 沉淀量减少, 但不消失;若A溶液与过量F作用无白色沉沉淀生成。

③C溶于水后, 与上述某阳离子反应可生成D, 且C溶液与过量的氨水反应生成白色沉淀。

④E溶于水后, 与上述某阴离子反应可生成B。

请根据上述实验结果, 填空:

(1) 能确定的溶液是 (写出溶液标号与相应溶质的化学式) : 。

(2) 不能确定的溶液, 写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法:______、______、______。

参考答案:

$\begin{array}{l} 1 . A 2 . C 3 . D \\ 4 . (1) B a (Ο Η)_{2} Μ g C l_{2} Ν a_{2} C Ο_{3} A l_{2} (S Ο_{4})_{3} \\ (2) A l (Ο Η)_{3} + Ο Η^{-} =_{}^{} A l Ο_{2}^{-} + 2 Η_{2} Ο \end{array}$

(3) 冒出大量气泡, 同时生成白色沉淀

5. (1) B:BaSO4、C:AlCl3、D:AgCl、E:Ba (OH) 2、F:KOH

(2) A Al2 (SO4) 3或KAl (SO4) 2 用洁净的铂丝蘸取少量A, 在酒精灯火焰中灼烧, 若透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色, 则A为KAl (SO4) 2溶液;若未观察到火焰呈紫色, 则A为Al2 (SO4) 3

离子反应学习中的“四要” 篇4

一、两个实验要会做目的方法细分析

1. 化合物导电性实验。

2.导电性强弱测定实验。

按图装置把仪器连接好，然而把相同条件下的HCl、CH3COOH、NaOH、NaCl、NH3·H2O五溶液分别倒在烧杯中，接通电源，观察灯泡发光的明亮程度。

现象：HCl、NaOH、NaCl灯泡亮度相同，CH3COOH、NH3·H2O 灯泡亮度相同；且HCl、NaOH、NaCl灯泡亮度比CH3COOH、NH3·H2O 强。

结论：①离子所带电荷数相同时，溶液的导电性与离子浓度成正比，与离子种类无关；②HCl、NaOH、NaCl易电离，溶液中自由移动的离子浓度大，属于“强电解质”；CH3COOH、NH3·H2O不易电离，溶液中自由移动的离子浓度小，属于“弱电解质”。

【例1】下列状态的物质，既属于电解质又能导电的是

（）

A. 酒精 B. 氯化钾晶体 C. 液氯 D. 熔融的氢氧化钠

解析：电解质是在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，酒精在两种状态下均不导电，液氯是单质，故A、C均不是电解质；氯化钾晶体中的K+、Cl-无法自由移动，因此无法导电。答案：D

【例2】为证实Ba（OH）2溶液和H2SO4溶液反应是离子反应，实验设计和实验过程如下：如图连接好装置，向烧杯中加入25 mL 1mol·L-1的Ba（OH）2溶液和2滴酚酞试剂，再不断地滴加1 mol·L-1的H2SO4溶液，并轻轻振荡。试完成下列内容：

（1）实验现象及分析：①溶液颜色变化为：__________，原因：__________。

②灯泡亮度变化：__________，原因：__________。

③溶液变浑浊，原因__________。

（2）实验结论：稀硫酸溶液和Ba（OH）2溶液反应的实质是__________。（用离子方程式解释）

解析：要证实H2SO4溶液和Ba（OH）2溶液的反应是离子反应，则须证明发生反应的离子浓度发生了变化，而离子浓度变化和溶液导电性是有联系的，分析反应原理及实验设计过程不难作答。

答案：（1）①由红色逐渐变为浅红，最后颜色退去 Ba（OH）2电离出的OH-与H2SO4电离出的H+中和生成H2O，使烧杯中的c（OH-）减小，红色逐渐退去 ②随着H2SO4溶液的不断加入，呈现由明到暗以至熄灭，再逐渐变亮的变化开始时，溶液中的离子浓度逐渐减小，故灯泡变暗，当烧杯中的Ba（OH）2完全反应时灯泡熄灭，再加H2SO4，离子浓度又变大，灯泡又变亮 ③Ba2+与SO42-结合生成BaSO4沉淀（2）2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O

二、四个概念（电解质、非电解质、强电解质、弱电解质）要辨析，认真对比解习题

提醒：1. 金属单质也能导电，但它们不是化合物，所以它们既不是电解质，也不是非电解质。

2. NH3、SO2、CO2等物质溶于水中，本身不能拆开（电离）成阴、阳离子，而是它们与水反应生成了NH3·H2O、H2SO3、H2CO3，生成的NH3·H2O、H2SO3、H2CO3发生电离产生阴、阳离子，所以，NH3、SO2、CO2等是非电解质，而NH3·H2O、H2SO3、H2CO3等是电解质。

提醒：1. 电离方程式书写时，除正确书写物质的化学式和离子符号外，还必须：一要考虑用“=”还是“?”；二要考虑“一步”还是“分步”；三要考虑等号两边“质量守恒”和“电荷守恒”。

2. BaSO4、CaCO3、AgCl等虽难溶于水，但溶解于水的部分能完全电离，所以BaSO4、CaCO3、AgCl不但是电解质，而且还是强电解质。但由于溶解于水的量太少，溶液中自由移动的离子浓度太小，故溶液的导电性极差。

【例3】下列说法正确的是（）

A. NaCl晶体中含有Na+、Cl-，所以NaCl晶体能导电

B. CO2溶于水能导电，所以CO2是电解质

C. BaSO4难溶于水，故将BaSO4放入水中存在电离平衡

D. Cl2的水溶液能够导电，Cl2既不是电解质也不是非电解质

解析：NaCl晶体中Na+、Cl-不能自由移动，故不能导电；CO2属于非电解质；BaSO4是强电解质，不存在电离平衡。答案：D

【例4】某固体化合物A不导电，但熔融或溶于水都能完全电离。下列关于物质A的说法中，正确的是（）

A. A是非电解质 B. A是强电解质

C. A是离子化合物 D. A是弱电解质

解析：由化合物A，固体不导电，熔融状态，能完全电离，说明A为离子化合物；又在水溶液中完全电离，说明A为强电解质。答案：B C

三、离子方程要会写，是对是错细甄别

有关离子方程式的正误，大致可以从以下几个方面来判断，这也正确书写离子方程式的要求。

1. 离子反应是否符合客观事实，不可主观臆造反应在产物及反应。如2Fe+6H+=2Fe3++3H2↑就不符合客观事实。

2.“=”、“? ”、“↓”、“↑”的使用是否正确。可逆反应用“?”表示，不可逆反应可用“=”表示。

3. 化学式拆写是否正确。这是书写离子方程式步骤中最关键的一步，拆写应注意以下几点：①不用离子方程式表示的离子反应类型：不在溶液中进行的任何反应通常都不用离子方程式表示。②注意“拆写”要求：

③微溶物的写法：一般来说，微溶物的澄清溶液写成离子形式；浑浊或沉淀时写成化学式，如澄清石灰水表示为“Ca2++2OH-”，而石灰乳则表示为“Ca（OH）2”。例：向澄清石灰水中通入少量CO2：Ca2++2OH-+CO2=CaCO3↓+H2O；向石灰乳中通入通入少量CO2：Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+ H2O。④可溶性多元弱酸酸式盐的酸式根一律保留酸式根的形式。如NaHCO3溶液应拆成“Na++HCO3-”，而不能拆成“Na++H++CO42-”。故：NaHCO3 溶液与KOH溶液混合：HCO3- +OH- =H2O+CO32-；而强酸的酸式盐——如：NaHSO4一步电离成“Na++H++SO42-”，故：NaHSO4溶液与KOH溶液混合：H+ + OH- =H2O。

4. 看是否漏掉离子反应。如Ba（OH）2溶液与硫酸铜溶液反应，既要写Ba2+与SO42-的离子反应，又要写Cu2+与OH-的离子反应。

5. 是否遵循三大守恒，即质量守恒、电荷守恒和得失电子守恒，如：Ag++Cu= Ag++Cu2+（错误），2Ag++Cu=2Ag+Cu2+（正确）。

6. 看反应物或产物的配比是否正确。如稀H2SO4与Ba（OH）2溶液反应：H++OH-+SO42-+Ba2+=BaSO4↓+H2O（错误），2H++2OH-+SO42-+Ba2+=BaSO4↓+2H2O（正确）。

7. 看是否符合题设条件及要求：①溶液酸碱性条件。有些物质在不同条件下存在形态不同，如反应产物有碳酸盐时，则CO32-与HCO3-取决于溶液碱性强弱，强碱溶液中写CO32-，弱碱溶液中（如CO2过量时）则写HCO3-。②温度条件。如：（NH4）2SO4与NaOH溶液反应，只有浓溶液且加热条件下，才可写成NH3↑，否则写成NH3·H2O。例：（NH4）2SO4 溶液与NaOH溶液混合：NH4++OH-=NH3·H2O；（NH4）2SO4溶液与NaOH溶液混合加热：NH4+ +OH-[=][△][]NH3 ↑ + H2O。③浓度条件。例如：浓H2SO4与稀H2SO4写法不同。④注意实验操作条件。“过量”“少量”“等物质的量”“适量”“任意量”以及滴加顺序等对反应方程式的影响不同。如：往Na2CO3溶液中加入少量稀盐酸的离子方程式为：CO32-+H+=HCO3-；往Na2CO3溶液中加入过量稀盐酸的离子方程式为：CO32-+2H+=CO2↑+H2O。

8. 正确书写酸式盐与强碱溶液间反应的离子反应方程式——采用“少定多变法”：所谓的“少定”即量少的反应物，其离子计量数确定为1，而“多变”即过量的反应物，其计量数根据反应的需要确定，不受化学式中的比例制约，是可变的。如：Ca（HCO3）2溶液中加入过量的NaOH溶液：Ca2+ +2HCO3-+2OH-=CaCO3↓+CO32-+2H2O；Ca（HCO3）2溶液中加入少量的NaOH溶液：Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+ H2O。

9. 几个特殊反应中涉及到的“量”的离子反应方程式：如：Mg（HCO3）2溶液与过量的NaOH溶液反应，不可忽视Mg（OH）2比MgCO3溶解度更小，对应的离子反应方程式为：Mg2++ 2HCO3- +2Ca2++4OH- = 2CaCO3↓+2H2O + Mg（OH）2↓（正确），Mg2++2HCO3-+Ca2++2OH-=CaCO3↓+MgCO3↓+2H2O（错误）；如：明矾（KAl（SO4）2 · 12H2O）与Ba（OH）2 溶液反应，不能忽视Al（OH）3的两性：少量Ba（OH）2溶液时：2Al3+ + 3SO42- + 3Ba2++6OH- = 3BaSO4↓+ Al（OH）3↓，足量Ba（OH）2溶液时：Al3+ +2SO42-+2Ba2++4OH-=2BaSO4↓+AlO2-+2H2O；如：NH4HSO4溶液与足量的Ba（OH）2反应，不可忽视NH3·H2O也是弱电解质，离子方程式为：NH4++H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+NH3·H2O+H2O。

【例5】下列离子方程式正确的是（）

A. 向100 mL 0.1 mol/L的FeSO4溶液中加入0.01 mol Na2O2固体：4Fe2++4Na2O2+6H2O=8Na++4Fe（OH）3↓+O2↑

B. 向明矾溶液中逐滴加入Ba（OH）2溶液至SO2-4恰好沉淀完全：2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓

C.苯酚钠溶液中通入少量CO2：CO2+H2O+2C6H5O?2C6H5OH+CO32-

D. 向20 mL 0.5 mol/L FeBr2溶液中通入448 mL Cl2（标准状况）：2Fe2++2Br-+2Cl2=2Fe3++4Cl-+Br2

解析：B项明矾溶液中Al3+与SO42-的物质的量之比是1∶2，要使Ba2+完全沉淀，Al3+与OH-的物质的量之比是1∶4，Al3+恰好转化为[Al（OH）4]-，故B错误；C中苯酚钠与CO2反应，无论CO2的量多与少，都是生成HCO3-，且不是可逆反应，故C错误；D中n（FeBr2） ∶ n（Cl2） = 1∶2，Cl2过量，而离子方程式中Fe2+、Br-间的量不符合1∶2的关系，故D错误，正确的应为2Fe2++4Br-+3Cl2=2Fe3++2Br2+6Cl-。答案：A

【例6】下列离子方程式书写正确的是（）

A. 少量的CO2通入NaOH溶液中：CO2+OH-=HCO3-

B. 小苏打溶液中加入醋酸溶液：HCO3-+H+=CO2↑+H2O

C. 硫化钠水解的离子方程式：S2-+2H2O?H2S+2OH-

D. 铜粉加入到FeCl3溶液中：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+

解析：本题主要考查离子方程式的书写。A项，应生成CO32-；B项，CH3COOH是弱电解质，不可拆；C项，S2-水解应分步进行；D项，该离子方程式符合客观事实，原子、得失电子、电荷均守恒，正确。答案：D

四、离子共存要判断，排除障碍得真解

1. 由于发生复分解反应，离子不能大量共存：①有气体产生——如：H+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-、SO32-、HSO3-等不能大量共存，主要是由于发生CO32-+2H+=CO2↑+H2O、HS-+H+=H2S↑等。②有沉淀生成——如： Ca2+、Mg2+、Ba2+等与SO42-、SO32-、CO32-等不能大量共存，主要是由于Ba2++CO32-=BaCO3↓、Ca2++SO42-=CaSO4↓（微溶）；Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+等与OH-不能大量共存是因为：Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，Fe3+ + 3OH- = Fe（OH）3↓等；③有弱电解质生成——如：OH-、ClO-、F-、CH3COO-、PO43-、HPO42-、H2PO4-等与H+不能大量共存，主要由于OH-+H+=H2O、CH3COO-+H+=CH3COOH等；一些弱酸的酸式根或NH4+不能与OH-大量共存是因为：HCO3-+OH-=CO32-+H2O、HPO42-+OH-=PO43-+H2O、NH4++OH-=NH3·H2O。此类离子反应总是朝着使溶液中某些离子浓度降低的方向进行！

2. 由于发生氧化还原反应，离子不能大量共存：①一般情况下，具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存。如：I-、S2-、HS-和Fe3+不能大量共存是由于：2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+、2Fe3++ S2-=S↓+2Fe2+、2Fe3++3S2-=S↓+2FeS↓。②在酸性或碱性的介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存。如：NO3-和I-在中性或碱性溶液中可以共存，但在有大量H+存在下不能共存；如：SO32-、S2O32-和S2-在碱性条件下可以共存，但在酸性条件下由于发生：2S2-+SO32-+6H+=3S↓+3H2O、2S2-+S2O32-+6H+=4S↓+3H2O不能共存。如：ClO-与S2-不论是在酸性条件下还是在碱性条件下都不能大量共存。

3. 由于形成络合离子，离子不能大量共存：中学化学中还应注意有少数离子可形成络合离子而不能大量共存的情况。如：Fe3+ 和SCN-由于Fe3++SCN-=[Fe（SCN）]2+ 等络合反应的发生而不能大量共存。

4. 一些容易发生水解的离子，在溶液中的存在是有条件的：如：AlO2-、S2-、HS-、CO32-、HCO3-、SO32-、HSO3-、ClO-、F-、CH3COO-、PO43-、SiO32-等存在于碱性溶液，而不存在于酸性溶液。如：Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、NH4+等存在于酸性溶液，而不存在于碱性溶液。而上述两组离子一般不能同时存在在同一溶液中，即离子间能发生“双水解”反应。因为：3CO32-+2Al3++3H2O=3CO2↑+2AI（OH）3↓，3AlO2-+Al3++6H2O=4Al（OH）3↓等。

5. 注意题目要求：①看清“一定大量共存”“可能大量共存”、还是“不能大量共存” 等要求。②若溶液无色——则Cu2+（蓝）、Fe3+（棕黄）、Fe2+（浅绿）、MnO4-（紫）等有色离子不能存在。③溶液中有H+——溶液呈酸性；紫色石蕊试液变红；溶液pH<7；加入铝粉后放出H2等。溶液中有OH-——溶液呈碱性；紫色石蕊试液变蓝；溶液pH>7；加入铝粉后放出H2等。

【例7】下列各组离子可能大量共存的是（）

A. pH=1的溶液中：Fe2+、Al3+、HCO3-、MnO4-

B. 能与金属铝反应放出氢气的溶液中：K+、NO3-、Cl-、NH4+

C. 含有大量OH-的无色溶液中：Na+、Cu2+、[Al（OH）4]-、SiO32-

D. 常温下水电离出的 c（H+）·c（OH-）=10-20的溶液中：Na+、Cl-、S2-、SiO32-

解析：选项A中，pH=1的溶液是酸性溶液，Fe2+被MnO4-氧化，HCO3-在酸性溶液中也不能大量存在。选项B中，与金属铝反应放出氢气的溶液有两种可能，一是酸性溶液，二是碱性溶液，但在酸性溶液中，由于NO3-存在，不能产生氢气；碱性溶液中，NH4+与OH-又不能大量共存。选项C中，Cu2+有颜色。选项D中，c（H+）·c（OH-）=10-20，则常温下水电离出的c（H+）=c（OH-）=10-10mol·L-1若是酸性溶液，S2-与SO32-不能大量共存，但碱性溶液中可以大量共存。答案：D

【例8】下列各组离子可能大量共存的是（）

A. pH=1的溶液中：Fe2+、Al3+、HCO3-、MnO4-

B. 能与金属铝反应放出氢气的溶液中：K+、NO3-、Cl-、NH4+

C. 含有大量OH-的无色溶液中：Na+、Cu2+、[Al（OH）4]-、SiO32-

D. 常温下水电离出的c（H+）·c（OH-）=10-20的溶液中：Na+、Cl-、S2-、SO32-

跟踪训练：

1. 在水溶液中能大量共存的一组离子是（）

A. Fe2+、Al3+、ClO-、Cl- B. K+、Cu2+、OH-、NO3-

C. NH4+、Na+、Br-、SO42- D. Mg2+、H+、SiO32-、SO42-

2. 能正确表示下列反应的离子方程式为（）

A. 硫化亚铁溶于稀硝酸中：FeS+2H+=Fe2++H2S↑

B. NH4HCO3溶于过量的NaOH溶液中：HCO3-+OH-=CO32-+H2O

C. 少量SO2通入苯酚钠溶液中：C6H5O-+SO2+H2O=C6H5OH+HSO3-

D. 大理石溶于醋酸中：CaCO3+2CH3COOH=Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O

3.下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是（）

①pH=11的溶液中：CO32-、Na+、[Al（OH）4]-、NO3-；②无色溶液中：K+、Na+、MnO4-、SO42-；③加入Al能放出H2的溶液中：Cl-、HCO3-、SO42-、NH4+；④酸性溶液中：Fe2+、Al3+、NO3-、Cl-；⑤由水电离出的[OH-]=1×10-13 mol·L-1的溶液中：Na+、Ba2+、Cl-、Br-

A. ①⑤ B. ②③ C. ②④ D. ③⑤

4. 浓度均为0.1 mol·L-1的三种溶液等体积混合，充分反应后没有沉淀的一组溶液是（）

A. BaCl2、NaOH、NaHCO3 B. Na2CO3、MgCl2、H2SO4

C. AlCl3、NH3·H2O、NaOH D. Ba（OH）2、CaCl2、Na2SO4

跟踪训练答案：

1. C 解析：结合离子的性质，从离子反应发生的条件入手分析，离子之间若能发生反应，则不能大量共存。特别注意还原性离子（如Fe2+等）与氧化性离子[如ClO-、NO3-（H+）等]因发生氧化还原反应而不能大量共存。A项Fe2+具有强还原性，ClO-具有强氧化性，二者能发生氧化还原反应；B项Cu2+能与OH-反应生成Cu（OH）2沉淀；D项H+能与SiO32-反应生成H2SiO3沉淀。

2. D解析：Fe2+和S2-都具有还原性，可被硝酸氧化为Fe3+和SO42-，A错误。由于NaOH过量，OH-与NH4+和HCO3-都反应，正确的离子方程式为NH4++HCO3-+2OH-=NH3·H2O+CO32-+H2O，B错误。少量SO2通入苯酚钠溶液中生成苯酚和亚硫酸钠，正确的离子方程式为2C6H5O-+SO2+H2O=2C6H5OH+SO32-，C错误。CaCO3是难溶物，醋酸是弱酸，均不拆写，醋酸钙是易溶于水的盐，拆写，D项离子方程式正确。

3. A 解析：②中MnO4-显紫红色；③中“加入Al能放出H2的溶液”显酸性或碱性，HCO3-都不能存在；④中Fe2+、NO3-在酸性溶液中能发生氧化还原反应，故不能大量共存；⑤中“由水电离出的[OH-]=1×10-13 mol·L-1的溶液”显酸性或碱性，Na+、Ba2+、Cl-、Br-都可以大量共存。

4. B解析：A项，NaOH与NaHCO3恰好完全反应：HCO3-+OH-=CO32-+H2O，生成的CO32-与Ba2+恰好完全反应生成沉淀：Ba2++CO32-=BaCO3↓；B项，Na2CO3与H2SO4恰好完全反应：CO32-+2H+=CO2↑+H2O，无沉淀生成；C项，NH3·H2O、NaOH完全与AlCl3反应生成Al（OH）3沉淀：3NH2·H2O+3OH-+2Al3+=3NH4++2Al（OH）3↓，且AlCl3有剩余；D项，一定有BaSO4沉淀生成：Ba2++SO42-=BaSO4↓。

等离子反应器篇5

关键词：催化型,低温等离子体,反应器,废气,净化

低温等离子体方面的研究始于臭氧, 后来被广泛应用于对NOx、H2S等废气的排放。与传统的废气治理技术相比, 低温等离子体技术的反应速度较快、温度较低, 能够在统一的过程中完成对多种气态物质的净化, 但是能耗较高。催化型低温等离子体反应器能够有效解决这一难题, 具有较好的发展前景, 二者的有机结合可以使得气体污染物发生反应, 能量效率得以提升。

1 催化型低温等离子体反应器处理废气的基本原理

1.1 催化型低温等离子体反应器在废气处理方面效果更好。

鉴于低温等离子体中粒子寿命较短以及研究方式的限制, 其与催化剂的结合原理主要建立在对反应产物和反应过程的光谱分析的基础上的。

1.2 通常情况下, 催化型低温等离子体反应器能够提供一个空间, 具备较多类型的高性物种。

气态形式的污染物在等离子体的作用下, 发生各种方式的降解, 主要是通过电子、离子和自由基的碰撞来实现。在等离子体中, 其活性粒子的平均能量要高于污染物中的键能, 于是在它们之间发生激烈的碰撞现象, 将污染物的分子键打开, 化学反应立即发生。在催化剂加入等离子场后, 高能粒子能够极化表面的颗粒, 形成强加强区, 同时构成电子发射。催化剂发挥其对污染物的收集作用, 这就使得降解时间被延迟, 有利于完成对污染物的降解。同时, 高能活性粒子能够引发位于等离子体附近的催化剂, 活化能被降低。

2 催化型低温等离子体反应器特征

2.1 一段式反应器

在一段式反应器中, 催化剂可以在电极和反应器内壁进行沉积, 也可以在放电区域以颗粒的形状进行填充, 这都是催化剂在低温等离子体发生区的存在形式。这样, 即使是寿命不长的粒子也能与催化剂起作用。一段式反应器的应用有助于高能活性粒子与催化剂的的结合, 但是由于活性粒子在定量方面的不定性以及颗粒表面的二次放电现象, 导致其与催化剂耦合方式的研究项目存在较大难度。

2.2 两段式反应器

两段式反应器通常是在低温等离子体反应区后置一段催化反应区, 气体的流量、功率等因素会对二者的间距和催化剂品种产生影响。在催化区和低温等离子体区存在较大的距离, 很多短寿命的离子无法到达催化区域。对于接受催化剂作用的活性粒子进行探讨, 二者协同作用比较易于操作。但正是因为这一点, 两段距离无法达到完全的同时作用。

3 反应器中催化剂的相关数据指标

3.1 催化剂的材料

对于应用于低温等离子体反应器、发挥联合作用的催化剂来讲, 主要包括铁电材料、金属氧化物以及一些贵金属等物质。不同的材料主要针对不同的降解目标, 材质不同, 反应方式存在较大差异, 目标效果也不尽相同。

3.2 催化剂的外部形状和粒度

对于一段式的反应器, 催化颗粒发挥着电介质的作用, 其在形状和粒度上的特征会对气体放电产生较大的影响。尖锐的边缘能够获得较高的局部电物, 能够实现较大能量的激发。

4 运行过程需重视的问题

4.1 温度产生的主要影响

对于低温等离子体反应器来说, 在实际操作过程中会产生一定的热能, 致使整个系统的温度升高, 其幅度与电源的实际功率、反应器的构造和废气流量有着密切的联系。通常情况下, 温度的提高能够促进废气的分解速度, 达到催化剂的活化温度, 净化系统的功能得以提升。但是, 温度也不能一味地升高, 否则适得其反。温度过高会使得颗粒介电常数加快降低, 放电功率和去除效率都降低;同时, 温度过高会使得活性粒子出现较为混乱的运动, 呈现加剧的趋势, 碰撞几率降低。因此, 要合理掌握和控制催化剂低温等离子体反应器的温度。

4.2 填充催化剂过程中造成的压力损失

在实际操作过程中, 必须充分考虑催化剂填充过程中产生的压力损失及能耗。对于损失的具体数值, 有许多相关的经验公式可以被利用, 通常与颗粒的空隙、形状和密度有关。在实际运用中, 要结合实际情况, 降低催化剂填充过程中的能耗, 减少压力损失产生的能耗。同时, 可以通过前置除尘段实现问题的解决。

4.3 副产物对催化剂产生的负面作用

在废气中, 存在很多结构复杂的物质, 其分解的产物可能对填充的催化剂产生负面毒害的作用, 促使催化剂的活性被降低, 甚至丧失, 导致整个系统的工作效率出现下滑。

5 结语

在废气治理的研究领域中, 催化型低温等离子体反应器的应用是一种进步, 是在传统低温等离子体反应器的基础上发展起来的, 并对其进行一定的改造和创新, 有助于系统能量效率的提升, 实现能耗的降低, 净化效果增强, 发展前景比较广阔。但是, 也要做好几个方面的努力:对催化型低温等离子体反应器的架构的设计进行不断优化, 提高系统作用的效果;提升净化废气的机理, 设置合理的数据参数, 实现合理性;重视操作操作过程中温度、压力等问题。总之, 要不断增强这项技术在治理废气方面的作用和功能。

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离子反应优先进行的探析篇6

一同种反应类型之间的优先进行

1. 氧化还原反应之间的优先进行

在浓度相差不大的溶液中, 同时含有几种还原性微粒时, 若加入氧化剂, 则它优先与溶液中还原性最强的微粒反应;同理, 同时含有几种氧化性微粒时, 若加入还原剂, 则它优先与溶液中氧化性最强的微粒作用。

例1, 已知:3Br2+6Fe Cl2=4Fe Cl3+2Fe Br3, 现有112ml Cl2 (标准状况下) , 将其通入10ml 1mol/L的Fe Br2溶液中, 发生反应的离子方程式书写正确的是 ()

解析:根据题意可知还原性Fe2+>Br-, 所以向Fe Br2溶液中通入Cl2时, Cl2应首先氧化Fe2+, 之后在氧化Br-, 但要决定于Cl2的量, 故先发生反应:

计算可知, 氧化Fe2+恰好需Cl2112ml, 说明不再氧化Br-, 所以正确答案为B。

2. 复分解反应之间的优先进行

在同一溶液中, 同时存在多种微粒, 它们之间可能发生多种复分解反应, 不发生其他类型的反应时, 则微粒间生成的物质溶解度更小或电离度更小的反应优先进行。

例2, 1mol/L的Mg (HCO3) 2溶液和2mol/L的Na OH溶液等体积混合, 离子方程式正确的是 () 。

解析:Mg (HCO3) 2完全电离生成Mg2+和HCO3-, Na OH电离生成的Na+和OH-混合之后, OH-是先与Mg2+结合生成Mg (OH) 2沉淀, 还是先与HCO32-结合生成CO32-之后再结合Mg2+生成Mg CO3沉淀呢?因Mg (OH) 2比Mg CO3的溶解度更小, 故先生成Mg (OH) 2, 如OH-过量, 则再与HCO3-反应生成CO32-和H2O。

据题意:n (Mg2+) ∶n (OH-) =1∶2, 故反应生成Mg (OH) 2, 正确选项应为C。

二多种反应类型之间的优先进行

第一, 常见的离子反应包括氧化还原反应、复分解反应和双水解反应等, 当微粒混合时, 这些反应都可以通过竞争发生, 一般它们应遵循下面的顺序进行:首先氧化还原反应, 然后是复分解反应, 最后考虑双水解反应。

例3, 下列离子方程式书写正确的是 () 。

A.Na2SO3溶液中加入稀HNO3:SO32-+2H+=SO2↑+H2O;

B.Fe Cl2溶液中加入Na2S溶液:Fe2++S2-+2H2O=Fe (OH) 2↓+H2S↑;

C.Fe Cl3溶液中加入少量Na2S溶液:2Fe3++S2-=2Fe2++S↓;

D.Fe Cl3溶液中加入过量Na2S溶液:2Fe3++S2-=Fe S↓。

解析:A.SO32-有还原性, 而HNO3有氧化性, 应优先发生氧化还原反应, 故其离子方程式应为:3SO32-+2H++2NO3-=3SO42-+2NO↑+H2O。B.选项中离子反应表现为双水解反应类型, 但实际上Fe2+和S2-也能结合生成难溶的Fe S, 故其离子方程式表现为复分解类型:Fe2++S2-=Fe S↓。C.其中Fe3+有较强氧化性, S2-有较强还原性, 应发生氧化还原反应, 故此选项正确。D.此时表现在Na2S的用量上, 应先发生C选项的反应, 另外, 过量的S2-还会结合Fe2+发生复分解反应而生成难溶的Fe S, 故离子方程式应为:2Fe3++3S2-=2Fe S↓+S↓。综上分析, 正确选项应为C。

第二, 虽然多种反应类型相互竞争时一般遵循先氧化还原反应, 然后复分解反应, 最后考虑双水解反应的反应顺序。但在实际问题处理时, 还应考虑到溶液中的离子在反应时浓度降低的难易程度和数值大小, 如果发生的反应可以使溶液中的离子浓度降低的更多, 则此时不遵循以上反应顺序。

例4, 写出Na2S溶液与Al Cl3溶液反应的离子方程式。

解析:此反应是S2-和Al3+之间结合生成Al2S3的复分解反应和它们结合之间生成Al (OH) 3沉淀及H2S气体的双水解反应两者之间的竞争, 但由于发生双水解反应可以使溶液中的离子浓度降低的更多, 故此反应应发生双水解反应:2Al3++3S2-+6H2O=2Al (OH) 3↓+3H2S↑。

等离子反应器篇7

目前合成LiFePO4的方法很多,比如:固相反应法[7],水热合成法[8,9,10,11],溶胶凝胶法[12]等[13,14,15]。而工业上主要采用固相反应法进行大规模生产,但是产品的批次稳定性有待提高;水热合成法在反应过程中的复杂性以及原料的高成本,使得难以工业化生产;溶胶凝胶法虽可以得到纳米级颗粒,但实验周期长;本实验室提出利用微通道反应器合成纳米FePO4,对微反应器的反应工艺条件(反应流速、反应物浓度)进行探索,再结合碳热烧结法合成一系列纳米磷酸铁锂,并对其结构,形貌,尺寸分布,电化学性能进行研究;同时微反应器的高效混合性和易放大性也为工业生产批次稳定性高的材料打开了新局面[16,17,18,19,20]。

1 实验部分

1.1 主要试剂

Fe(NO3)3·9H2O、(NH4)2HPO4、Li2CO3、蔗糖、氨水,所有试剂均为分析纯试剂。

1.2 纳米FePO4·xH2O的制备

分别配制一定浓度的Fe(NO3)3和(NH4)2HPO4溶液,在(NH4)2HPO4配置过程中加入适量氨水,使得2种反应液在微反应器出口处pH=2。溶液配好后通过精密注射泵将两股反应液以一定流速注入T型微反应器中进行反应,在出口处收集沉淀,如图1所示。然后将收集完的FePO4·xH2O悬浮液进行离心过滤、洗涤,重复数次,再将过滤后的沉淀放入真空烘箱在80℃下烘干得到无定形FePO4·xH2O粉末。接着将FePO4·xH2O粉末放入箱式炉中在600℃下烧结20h,得到FePO4晶体。

1.3 碳热还原法合成LiFePO4/C

按照比例称取该FePO4晶体、碳酸锂和碳源放入玛瑙球磨罐,以无水乙醇为球磨介质,按照m(料):m(玛瑙球):m(无水乙醇)=1:3:1的比例进行混合,在行星式球磨机上,以400r/min的转速球磨10h。将得到的浆料放入烘箱在80℃下烘干数小时,充分研磨,再放入管式炉中,Ar/H2气氛下,煅烧700℃保温10h得到黑色的LiFePO4/C粉体。

1.4 样品的表征

在本实验中,样品的XRD物相分析采用美国热电公司的ARL X’TRA型X射线衍射仪。采用日本JEOL公司的JSM-6700F型场发射扫描电镜来观察所制备的粉体的颗粒形貌与团聚状况。

1.5 电化学性能测试

将制得的LiFePO4粉体、乙炔黑和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1,混合均匀,以NMP为溶剂,调成浆料。将浆料均匀涂敷于Al箔上,在100℃的真空干燥箱中,干燥10h,将涂有活性物质的铜箔裁切成直径为12mm的圆片,制成工作电极。电化学测试采用扣式电池进行,以电极片为电池正极,金属锂片为负极,Celgard3501聚丙稀多孔膜为隔膜,电解液为1mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)(体积比为1:1)的混合溶液,在充满干燥氩气的手套箱中组装成模拟电池。在室温下,采用Arbin BT2000电池性能及0.2C、0.5C、1C下得倍率性能。

2 结果与讨论

2.1 流速对产物的影响

2.1.1 流速对产物形貌的影响

为了考察流速对产物的影响,配制0.1M的反应液,选择3个流速5mL/min,10mL/min和20mL/min来制备纳米磷酸铁颗粒,分别编号为FP-1,FP-2和FP-3。图2是不同流速下制备的FePO4的场发射扫描电镜图(a)(c)(e)和透射电镜图(b)(d)(f),从图上我们可以观察到10mL/min和5mL/min制得的样品粒度分布不均的情况较为严重,团聚更为明显,颗粒形貌也较为不规则,可见低流速时,对于FePO4的快速沉淀反应来说,单纯依靠分子间扩散还不够,要利用高流速条件,通过反应物溶液流体间的碰撞形成强扰动来加强两流体间的混合。不同流速下微反应器制备的磷酸铁颗粒尺寸都非常小,在20~50nm左右。超细的磷酸铁纳米颗粒为合成纳米磷酸铁锂提供了条件,利于制备电化学性能优异的LiFePO4/C产物。

[(a)(b)FP-1;(c)(d)FP-2;(e)(f)FP-3]

图3是用FP-1,FP-2,FP-3为前驱体制备的LiFePO4/C的FSEM图,烧结制度为700℃下10h,分别编号LFP-1,LFP-2,LFP-3。同前驱体一样,随着流速的增大,产物的粒径呈减小的趋势,说明前驱体颗粒粒径大小对烧结后产物的粒径有显著的影响。因此,要制备批次稳定性高的LiFePO4/C产物,就要确保前驱体颗粒的粒径一致性高,即粒径可控。LFP-1和LFP-2的颗粒明显比LFP-3的颗粒粒径大,大部分颗粒在200-400nm,而LFP-3几乎为不到100nm的颗粒,且粒径分布窄。

[(a)LFP-1;(b)LFP-2;(c)LFP-3]

2.1.2 流速对物相的影响

图4是LFP-1,LFP-2,LFP-3的LiFePO4/C的XRD图,从图上可以看出,所有产物的XRD图谱峰型尖锐,表明产物具有良好的结晶度。与JCPDF(83-2092)比对,3种样品都为橄榄石结构的LiFePO4相,属于Pnmb空间群,且图中显示3个样品都有少量的Fe2P[21,22,23,24]杂质。随着流速的减小,样品的衍射峰变尖锐,半峰宽变窄。根据谢乐公式,半峰宽跟晶体颗粒大小成反比,并计算得到LFP-1、LFP-2、LFP-3晶粒尺寸分别为80.4nm、75.4nm、63.8nm,随着流速的降低,合成样品的晶粒逐渐增大。

2.1.3 流速对产物LiFePO4电化学性能的影响

图5是不同流速下制备的LiFePO4样品在0.1C倍率下的首次放电曲线。LFP-1,LFP-2和LFP-3的首次放电比容量分别为132.30、122.48和149.65mAh/g,都在3.4V左右有明显的放电平台。结合图6,3个流速下制备的LiFePO4/C材料在0.1C倍率下的循环性能曲线来看,样品的循环性能都较为优异,曲线平稳,50次循环后的比容量保持率分别为95.3%、96.4%和93.4%(相对于最大放电比容量)。其中LFP-3性能表现最优,首次放电容量和最大放电比容量都最高,但曲线上可以看到约35次循环之后,3个样品的放电比容量差异越来越小,在42次附近已经趋于一致,主要原因是3个样品都为纳米级的LiFePO4/C,由于锂离子扩散的路径较短而呈现优异的电化学性能。流速最大的样品电化学性能最优也可能与该流速下混合效果最好有关。

2.2 浓度对产物的影响

2.2.1 浓度对产物形貌的影响

通过在微反应器中试反应,配制3个浓度0.05M,0.1M和0.2M的溶液进行反应,考察浓度对产物的影响,分别标记为FP-4,FP-5和FP-6。图7给出了不同浓度的反应物制备出的磷酸铁的场发射扫描电镜图(a)(c)(e)和透射电镜图(b)(d)(f)。由该图可见,浓度越大,颗粒粒径减小,但是相差不大。图中显示FP-6沉淀有少量絮状沉淀;而FP-4与FP-5多为类球形颗粒,并且实验时在反应过程中低浓度时(FP-4、FP-5)基本无堵塞现象,可以连续反应。

[(a)(b)FP-4;(c)(d)FP-5;(e)(f)FP-6]

图8是以FP-4,FP-5和FP-6为前驱体,700℃下烧结10h制备的LiFePO4/C的场发射扫描电镜图,分别编号为LFP-4,LFP-5和LFP-6。3个产物的颗粒都非常细小,粒径在100nm左右,LFP-4的粒径相对稍大些。由于烧结过程中蔗糖的分解,分解碳抑制了LiFePO4的长大,获得粒径较小的颗粒,这些颗粒有利于锂离子的脱嵌,减小充放电过程中的惰性锂离子而提高放电比容量;另一方面,包覆在颗粒表面的碳层及连通在颗粒之间的碳网能够提高该材料电子电导,为提高LiFePO4的电化学性能奠定微观结构基础。

[(a)LFP-4;(b)LFP-5;(c)LFP-6]

2.2.2 浓度对物相的影响

图9为不同反应物浓度制备的LiFePO4的XRD图,图中衍射峰峰型尖锐,结晶度良好。与JCPDF(83-2092)比对,3种样品的主要相组成都为橄榄石结构的LiFePO4,空间群为Pnmb,几乎无杂质相峰出现。

2.2.3 浓度对LiFePO4电化学性能的影响

图10给出了3个流速下制备的LiFePO4/C在0.1C下的首次放电曲线,LFP-4,、LFP-5和LFP-6的首次放电比容量分别为123.01mAh/g、149.65mAh/g和144.03mAh/g,可见浓度最低的样品首次放电容量最低,可能与其活性颗粒接触不佳有关,但从图11的循环曲线上看,若干次之后LFP-4的容量有明显上升,因此其初始性能差也可能与其电池内部的电解液润饰不充分有关。LFP-5与LFP-6两个样品的初始放电比容量相当,结合图11的循环性能曲线,二者的性能都较优异,最高放电容量也相当,循环曲线上30个循环之后,LFP-6的放电比容量超过了LFP-5,且一直保持较稳定的状态。3个样品50次循环后的比容量保持率分别为99.9%、93.4%和98.7%(相对于最大放电比容量)。可见,浓度对产物也有一定的影响,浓度越大制备的产物电化学性能较优,其中0.2mol/L容易制备的产物无论是放电比容量还是循环特性都相当优异。

3 结论

(1)首次采用微反应器-碳热烧结法合成纳米磷酸铁锂,在700℃烧结10h的样品颗粒尺寸较均一,分散性也较好,显示出最佳的电化学性能。

(2)随着流速的增大,前驱体及最终产物的粒径呈减小的趋势;20mL/min流速制备的最终产物粒径为100nm左右,粒径分布较窄;高流速条件下,流体受到的扰动增加,加强了介观混合,大大增加分子扩散的表面积,并减小扩散距离,进而提高微观混合速率,因此该流速下制备的产物电化学性能最佳。

等离子反应器篇8

三元层状化合物Ti3Al C2是一种重要的金属陶瓷,具有金属与陶瓷的许多优良性能,同金属一样,有良好的导电性和导热性,对热冲击不敏感,高温有良好塑性行为。同陶瓷一样,具有良好的抗氧化性、较高的熔点。而且,Ti3Al C2具有较高的断裂韧性。此外,还具有可加工性,可用作可加工陶瓷[1,2,3,4,5]。因此,在民用和军工领域均有广泛的应用前景,许多研究者开展了对该材料制备及表征的工作。通过热压烧结、热等静压和放电等离子烧结等技术可制备致密的Ti3Al C2块体[6,7,8,9,10,11]。

虽然Ti3Al C2材料具有许多优点,但是Ti3Al C2作为陶瓷材料,它的硬度较低,耐酸碱性能较差,这限制了其为结构和功能材料使用范围。Al N具有高强度、高硬度、耐磨损、耐酸碱和耐高温的特点,因此在高温结构材料、耐磨耐腐蚀以及电气材料中有着相当广泛的应用前景。而且重要的是它的热膨胀系数与Ti3Al C2相近,因此在Ti3Al C2表面形成Al N涂层,有助于改善Ti3Al C2材料的力学性能。

本文拟通过在Ti3Al C2粉体上放置涂覆BN粉体的石墨片,使BN与Ti3Al C2反应,最后在Ti3Al C2块体表面形成了Al N涂层。

1 实验过程

实验所用原料为Ti3Al C2粉(纯度>97%,平均粒度为10μm),BN粉(纯度>98.0%,平均粒度为10μm)。把BN粉体放到酒精溶液中,搅拌均匀。然后制备直径为30 mm的石墨片(厚度约1 mm),把石墨片放到BN料浆中,静置5 min。取出后放到烘干箱中烘干处理后取出。把Ti3Al C2粉体放入内径为30 mm的石墨模具中,在其上面放置石墨片后,用石墨柱压好。最后放在放电等离子体烧结机中进行烧结,烧结温度1300℃,保温15 min,压力为30 MPa。用Rigaku Ultima IV转靶X射线多晶衍射仪对合成的粉末进行物相分析(采用Cukα辐射)。用场发射扫描电子显微镜结合能谱仪研究和分析材料的显微结构和微区成分。

2 结果和讨论

图1 为烧结产物的XRD图。如图1 所示, 产物主相由Al N与Ti C两相组成,同时含有其他物相,如Ti3Al C2、Al、Al B2和C。根据这一XRD结果, 我们可以推断,Ti3Al C2发生了分解反应:

Ti C具有很高的化学稳定性,不会与BN反应。而Al可以与BN发生如何化学反应。

图2为产物断口的SEM图。如图2(a)所示,在基体的表面形成了一个涂层,涂层厚度约为80µm。实际上涂层由两层组织构成。一层为紧挨Ti3Al C2基体(图3(a)确认)的组织,厚度约为10µm,比较致密;另一部分为试样的表面组织,厚度约为70µm,略为疏松,里面有些片状组织。基体为大量板条状Ti3Al C2晶粒,长度约10~20µm。对图2(a)的中涂层组织区域进行放大观察(图2(b)),可发现靠近涂层部分Ti3Al C2晶粒尺寸变小,长度约5~10µm,同时出现了一些Ti C晶粒(图3(b)确认),粒度约为2µm。这很可能是由于Ti3Al C2发生了分解,导致Ti3Al C2尺寸减小,同时生成Ti C。对图2(b)中方框区域放大观察(图2(c)),可看到该涂层由大量细小的颗粒状晶粒构成,平均晶粒大小约为400 nm左右。经EDS确认(图3(c)),这些晶粒为Al N。对图2(b)中圆圈区域放大观察(图2(d)),可看到这层物质主要由片层状石墨(图3(d)确认)和粒状Al N构成。石墨长度约为1~3µm,Al N晶粒平均粒度约为200 nm。需要强调的是,在样品磨制处理成XRD样品时,试样的最外层,即含石墨层,基本上被磨掉。由于石墨极难磨除,仍有少量的石墨残留,因此从XRD图上仍可观察到微弱的石墨峰。实际上图1的数据结果是靠近Ti3Al C2的Al N涂层部分的。由于XRD的穿透深度为几十微米,而Al N涂层因厚度仅为10µm,因此XRD会探测到Ti3Al C2物相。同时也由于Al N涂层和Ti3Al C2表面分解成Ti C组织的阻隔,直接导致图1结果中的Ti3Al C2衍射峰强度比较弱。实际上我们可以清楚的看到试样的基体实际上是由Ti3Al C2组成的。通过以上研究可知,在Ti3Al C2基体上形成了致密的Al N涂层。对于Al N涂层的形成机制,我们进行如下分析与讨论:

粉体原料承受轴向加压,由于成形压力是通过松散粉粒的接触来传递的,单向加压时,压坯上方及近模壁处密度大,粉体颗粒之间容易更紧密接触,Ti3Al C2颗粒与BN颗粒可以充分的紧密接触,原子间容易相互扩散,在高温作用下,易发生化学反应。同时由于放电等离子体的特殊作用机制,试样表面的温度会高于其内部的部分,高于实测值。由于Ti3Al C2的热稳定性略差,在1300℃的温度下,试样表面的Ti3Al C2晶粒会发生分解,生成Ti C与Al(反应式(1)),然后Al与BN发生反应(反应式(2))。但是通过能谱分析结果探测不到Al B2相的存在。这可能是由于Al B2相的热力学稳定性较差,文献[11]指出通过1050℃热处理3 h,可使Al B2相完全分解。而本研究的烧结温度为1300℃,同时由于粉体颗粒间放电等离子体的存在,局部微区实际温度还要略高些。因此在本研究保温时间略短的情况下,Al B2相完全分解的可能性是存在的。分解之后的Al继续反应形成Al N,而B在微波场中扩散速率比常规情况下更快,极易向基体中扩散,从而在Al N涂层中,通过能谱很难确认。

根据以上研究结果,我们可以提出一个钛铝碳表面形成氮化铝涂层的反应机制。即首先试样表面的Ti3Al C2发生分解,生成Al与Ti C。然后Al扩散进入BN颗粒中,二者相互反应,形成Al N。

(a) 低倍形貌；(b) (c)(d) 高倍形貌(a)low magnitude;(b)(c)(d)high magnitude

3 结论

通过放电等离子体烧结可得到组织细小、致密的Ti3Al C2块体材料。Ti3Al C2晶粒会发生分解,生成Ti C与Al。Al与BN反应可在Ti3Al C2基体上可形成致密的Al N涂层,厚度约为10µm。

摘要：采用高纯Ti3AlC2粉体为原料,使用放电等离子烧结技术,制备了Ti3AlC2块体材料。通过在Ti3AlC2粉体上放置涂覆了BN粉体的石墨片,在Ti3AlC2块体表面形成了致密的Al N涂层。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)分析试样。研究结果表明,在1300℃保温15 min,压力为30 MPa,可烧结得到组织细小、致密的Ti3AlC2块体材料。层片状的Ti3AlC2晶粒长约10~20μm。样品表面的Ti3AlC2晶粒会发生分解,生成Ti C与Al。然后,Al与BN反应可形成致密的Al N涂层,厚度约为10μm。

关键词：Ti3AlC2,AlN,反应合成

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离子反应（第二课时）教学设计篇9

本节课是高一化学必修1第二章第二节内容。《化学新课程标准》明确指出：学生要能通过实验认识离子反应极其发生条件，了解常见离子的检验方法。而学生刚进高一，元素化合物知识不丰富，电解理论又没有学习，因此本节知识对学生来说具有相当的难度。而《离子反應》又是重要的化学用语，在中学阶段的基本概念基础理论知识中，占有极其重要的地位，贯穿于中学化学教材的始终，是中学化学教学的重点和难点之一。在中学化学中要学习许多重要元素及其化合物的知识，都可能涉及离子反应及其方程式的书写。

二、设计思路

本节设计的主旨是：给学生以思想、给学生以方法、给学生以充分活动的时间与空间，以培养学生的能力为最终目的。学生在学习本节课之前，已经知道了电解质在水溶液中能电离出离子，在此基础上通过对一个问题的思考与探讨引出离子反应。学生通过讨论来分析两种溶液混合时哪些离子能发生反应，并思考作出判断的依据，通过学生的分析得出离子反应发生的条件，离子反应的本质，引出离子方程式，接着就正确书写离子反应方程式展开讨论学习，促使学生在课堂学习中掌握好本课时的内容。

三、教学目标分析

知识与技能

1.使学生了解离子反应的概念，加深对复分解离子反应条件的认识，理解离子反应的本质，掌握如何正确地书写离子方程式。

2.培养学生归纳、概括的抽象思维能力；培养学生主动获得知识的能力。

过程与方法

对学生进行分组，采用设疑、分析、讨论、讲解相结合，掌握离子反应和离子反应方程式的书写。

情感态度与价值观

让学生在提出问题、思考问题、解决问题的学习过程中感受到成功获得知识的喜悦。

四、教学重点

离子反应的概念和离子方程式的书写

五、教学难点

离子方程式的书写

六、教学方法

情景激学法：创设问题的意境，激发学习兴趣，调动学生内在的学习动力，促使学生在意境中主动探究科学的奥妙。

探究、归纳法：通过学生对问题的探究、讨论、归纳，最终掌握离子方程式的书写方法。

多媒体辅助教学法：运用先进的教学手段，将微观现象宏观化，有助于学生掌握离子反应。

七、教学过程设计

先将学生按座位分成四队（红队、紫队、蓝队、绿队），告诉他们本节课的任务需要组和组之间相互竞争，组内互相合作来完成！（培养学生竞争的意识和互相合作解决问题的能力）

〖课堂引入〗回顾上节课学过的内容，然后引出问题——屏幕显示问题：A烧杯盛装100ml1molCuSO4和2molNaCl的混合溶液，B烧杯盛装100ml1molCuSO4和1molNa2SO4的混合溶液。⑴从微粒组成上看，A和B有什么样的关系？⑵向A和B两溶液中分别加入相同的BaCl2溶液，有何现象？写出两烧杯中发生反应的方程式？

学生思考后回答“两溶液相同”“都有白色沉淀生成”并动笔写出方程式，发现方程式却不相同。通过学生认知上的矛盾引入新课：相同的溶液，加入BaCl2后现象也相同，化学方程式却不同，引出离子反应

〖屏幕显示〗二、离子反应及发生条件

1.离子反应：有离子参与的反应。（同时教师板书：二、离子反应及发生条件1.离子反应：有离子参与的反应。）

〖教师提问〗水溶液中哪些离子相遇能发生反应呢？

〖屏幕显示〗当两种溶液混合时，哪些离子能反应？你做出判断的理由是什么？

〖学生交流讨论〗学生组内讨论之后，回答问题。

〖教师活动〗引导学生分析、归纳离子反应（复分解型）发生的条件及离子反应的本质，给出离子方程式的概念。

〖屏幕显示〗二、离子反应及发生条件

1.离子反应：有离子参与的反应。

2.离子反应发生的条件：有沉淀、气体、水生成。

3.离子反应的本质：离子浓度减小

4.离子方程式的概念：用实际参加反应的离子符号来表示反应的式子

〖教师提问〗如何正确书写离子反应方程式？

〖屏幕显示〗请同学们写出你所分析的溶液中的离子反应方程式。并思考你是怎样写出这些离子方程式的？

〖学生活动〗讨论，动笔写出对应的反应离子方程式，并思考书写离子方程式的方法。

〖教师活动〗每对找1-2名学生回答对应的离子方程式，并让学生说出自己书写离子方程式的方法。

〖教师活动〗以CuSO4溶液和BaCl2溶液反应为例讲解离子反应方程式书写步骤

〖教师提问〗所有学生书写离子方程式的方法都是这样的吗？有没有其他的方法？引导学生从先写出化学方程式，然后拆、删、查的方法来书写离子方程式。

〖屏幕显示〗5.离子方程式书写步骤：a.分析溶液中有哪些离子→找出能发生反应的离子→写出反应的离子方程式→删→查

b.写出化学方程式→拆→删→查（同时板书：写出化学方程式→拆→删→查）

〖教师追问〗这两种书写离子方程式的方法，最容易在什么地方出现问题？

〖学生活动〗思考，讨论，回答问题——针对写出化学方程式→拆→删→查的方法，最容易在哪些物质拆，哪些物质不拆上出现问题。

〖教师继续追问〗哪些物质能拆呢？上节课学习的强弱电解质是否会给你一定的启示呢？

〖学生活动〗互相讨论，得出答案——强酸、强碱、可溶于水的盐要拆成离子。

〖教师引导〗对于酸碱盐物质在水溶液中主要存在形式是什么，在写离子方程式时就以什么样的形式去写，和生活中很相似，少数要服从多数，所以主要的问题也是在“拆”上。

〖屏幕显示〗拆——强酸、强碱、可溶于水的盐

〖教师设问〗离子方程式比化学方程式更能体现出反应的本质，除此之外，分析刚才写过的离子方程式，看看离子方程式还有什么意义？

〖学生活动〗思考，讨论，归纳，总结，离子方程式可以代表一类型的反应。

〖屏幕显示〗6.离子方程式的意义：代表一类型的反应

〖学生活动〗练习：写出下列溶液或物质混合时发生反应的离子方程式？（已知醋酸（CH3COOH）是弱酸）

〖教师活动〗指导学生，及时鼓励与帮助学生。提问学生，并对学生的答案给出评价。

〖教师提问〗H++OH-=H2O可以代表什么反应？

〖学生活动〗对比分析，总结H++OH-=H2O代表强酸强碱生成可溶性盐和水

高考中离子反应题解题技巧篇10

一、离子反应

1. 离子反应的概念

在反应中有离子参加或有离子生成的反应称为离子反应。在中学阶段仅限于在溶液中进行的反应，可以说离子反应是指在水溶液中有电解质参加的一类反应。因为电解质在水溶液里发生的反应，其实质是该电解质电离出的离子在水溶液中的反应。

2.离子反应的类型

(1) 复分解反应

在溶液中酸、碱、盐之间互相交换离子的反应，为非氧化还原反应。

复分解反应发生的条件：

(1) 生成难溶的物质。如生成BaSO4、AgCl、CaCO3等。

(2) 生成难电离的物质。如生成CH3COOH、H2O、NH3·H2O、HClO等。

(3) 生成挥发性物质。如生成CO2、SO2、H2S等。

只要具备上述三个条件之一即可发生反应。这是由于溶液中离子间相互作用生成难溶物质、难电离物质、易挥发物质时，都可使溶液中某几种、自由移动离子浓度减小。若不能使某几种自由移动离子浓度减小，则该离子反应不能发生。如KNO3溶液与NaCl溶液混合后，因无难溶物质、难电离物质、易挥发物质生成，Na+、Cl-、K+、NO-浓度都不减少，四种离子共存于溶液中，故不能发生离子反应。

(2）有离子参加的氧化还原反应

(1) 置换反应的离子反应。金属单质与金属阳离子之间的置换反应, 如Fe与CuSO4溶液的反应, 实际上是Fe与Cu2+之间的置换反应。非金属单质与非金属阴离子之间的置换反应, 如Cl2与NaBr溶液的反应, 实际上是Cl2与Br-之间的置换反应。

(2) 其它一些有离子参加的氧化还原反应。如MnO2与浓HCl反应制取Cl2;Cu与FeCl3溶液反应生成FeCl2、CuCl2;Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和水，等等。

这些离子反应发生的条件是：比较强的氧化剂和较强的还原剂反应，生成氧化性较弱的氧化产物和还原性较弱的还原产物。因此掌握一些常见离子的氧化性或还原性的相对强弱，是判断这一类离子反应能否发生的重要依据。

(3）离子间能相互促进水解，则这些离子间能发生反应。

常见的能发生“双水解反应”的离子对有:Al3+与HCO-3、CO2-3、HS-、S2-;Fe3+与HCO-3、CO2-3;NH+4与SiO2-3, 等等。例如Al3+和CO2-3发生双水解, 离子反应为2Al3++3CO2-3+3H2O=2Al (OH) 3↓+3CO2↑。

二、关于溶液中离子共存问题解题技巧

在溶液中离子共存问题的实质是哪些离子之间不能发生反应。能够发生反应的离子就不能共存，不能发生反应的离子才可以共存。

1.离子间能结合生成难溶性物质, 则这些离子不能大量共存。例如SO2-4与Ba2+、Pb2+、Ag+;OH-与Cu2+、Fe3+、Mg3+、Al3+、Zn2+;Ag+与Cl-、Br-、I-、S2-;Mg2+、Ca2+、Ba2+、与CO2-3、SO2-3、PO3-4;S2-与Cu2+、Pb2+等不能大量共存。

2.离子间能结合生成难电离物质, 则这些离子不能大量共存。例如H+与、OH-、ClO-、CH3COO-、HPO2-4、H2PO-4;OH-与HCO-、HS-、HSO-、HPO-、HPO2-、H+等不能大量共存。

3.离子间能结合生成挥发性物质时, 则这些离子不能大量共存。例如H+与CO2-3、SO2-3、HCO-3、HSO-3、S2-、HS-;OH-与NH+4等不能大量共存。

4.离子间能发生氧化还原反应, 则这些离子不能大量共存。一般说来, 有氧化性的离子 (例如MnO-4、ClO-、Fe3+、NO-3等) 与有还原性的离子 (例如S2-、I-、Br-、SO2-3、Fe2+等) 不能大量共存。

5.离子间能相互促进水解, 则这些离子不能大量共存。例如Al3+和CO2-3因互促水解不共存。

6.注意以下几种情况

(1) 在有H存在的情况下, MnO4、ClO、NO3、Cr2O7的氧化性会增强。如Fe2+、Na+、NO-3可以共存;但Fe2+、H+、NO-3不能共存, Fe2+被氧化成Fe3+。

(2) Fe2+与Fe3+可以共存, 因为它们之间不存在中间价态。

(3)还应注意题目是否给出溶液的酸碱性，是否给定溶液是无色的。在酸性溶液中除题给离子外，还应有大量的H+;在碱性溶液中除题给离子外，还应有大量的OH-。若给定溶液为无色时，则应排除Cu2+(蓝色)、Fe2+(浅绿色)、Fe3+(黄棕色)、MnO4-(紫色)。

三、典型实例

1.（2010安徽卷）在pH=1的溶液中能大量共存的一组离子或分子是（%%）。

答案：B。

解析：p H=1时溶液呈酸性，A中ClO-与H+生成次氯酸;C中酸性环境下Cr2O72-表现强氧化性，氧化CH3CHO;D中SiO32-与H+生成硅酸沉淀。