談酸堿鹽競爭性反應(yīng)的“優(yōu)先原則”

西安市新東方培訓(xùn)中心（710000）張邵文

我們在平日做題的過程中，會遇到很多經(jīng)典的題目，如果在解題之后，能夠?qū)@些題目深入反思，就可以抽象出其中隱含的化學(xué)模型。當(dāng)我們靈活運用所提煉的這些模型解決類似的化學(xué)問題時，便可以有效縮減思考的時間，大大提升解題的效率。本文對酸堿鹽的競爭性反應(yīng)問題進行深入剖析，提煉出其內(nèi)在規(guī)律，進而提高解題的效率。

一、酸堿鹽競爭反應(yīng)中的“堿先反應(yīng)”探索

圖1

在堿溶液和鹽溶液的混合溶液中不斷加入酸溶液，相關(guān)反應(yīng)問題屬于酸堿鹽競爭反應(yīng)中常見的一種類型，誰與酸溶液先反應(yīng)則是解決此類問題的關(guān)鍵。

【例1】向NaOH 和Na2CO3的混合溶液中不斷加入稀鹽酸，圖1 橫坐標(biāo)表示加入的稀鹽酸質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示產(chǎn)生的氣體質(zhì)量。下列分析中不正確的是（ ）。

A.滴至a 克時，溶液中的反應(yīng)為HCl+NaOH＝NaCl+H2O

B.滴至b克時，溶液中含有HCl、NaCl兩種溶質(zhì)

C.滴至c 克時，溶液中溶質(zhì)質(zhì)量比原混合溶液中溶質(zhì)質(zhì)量大

D.滴至d克時，溶液的pH＜7

解析：向NaOH 和Na2CO3的混合溶液中不斷加入稀鹽酸，鹽酸先和NaOH 反應(yīng)，當(dāng)NaOH 反應(yīng)完全后，鹽酸和Na2CO3反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，故Oa 段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為HCl+NaOH＝NaCl+H2O，ac段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2HCl+Na2CO3＝2NaCl+H2O+CO2↑。因此，a點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl和Na2CO3，b點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl 和Na2CO3，c 點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl，d 點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl 和HCl，故答案為B選項。

反思：鹽酸之所以先與NaOH 反應(yīng)，是因為鹽酸與Na2CO3反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體會與原溶液中的NaOH 反應(yīng)生成Na2CO3，導(dǎo)致反應(yīng)相當(dāng)于沒有發(fā)生。故此類酸堿鹽競爭性反應(yīng)問題可簡單地判斷為“堿先反應(yīng)”。

【變式1】將一定量的氫氧化鈣溶液與碳酸鈉溶液混合，充分反應(yīng)后過濾，向濾液中滴加稀鹽酸，產(chǎn)生氣體的體積與加入稀鹽酸的體積關(guān)系如圖2所示。下列說法不正確的是（ ）。

A.O點溶液中溶質(zhì)的成分為碳酸鈉、氫氧化鈉

B.M點表示碳酸鈉和稀鹽酸恰好完全反應(yīng)

C.M 點和N 點對應(yīng)溶液蒸發(fā)結(jié)晶后得到的固體成分不同

D.OP 段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為NaOH+HCl＝NaCl+H2O

解析：將Ca（OH）2與Na2CO3溶液混合，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是Ca（OH）2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaOH，根據(jù)圖像顯示，OP 段是HCl與NaOH 的反應(yīng)，PM 段是HCl和Na2CO3的反應(yīng)，由此表明加入的Na2CO3過量。因此O 點時溶液中的溶質(zhì)為NaOH、Na2CO3，P點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl、Na2CO3，M 點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl，N 點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl、HCl，故答案為C選項。

反思：本題看似是在考查Ca（OH）2與Na2CO3的相關(guān)反應(yīng)，但通過分析不難發(fā)現(xiàn)，核心問題仍是“在NaOH 和Na2CO3的混合溶液中加入稀鹽酸”的相關(guān)問題，實則還是NaOH、Na2CO3與HCl的競爭性反應(yīng)問題，屬于“堿先反應(yīng)”的變式圖像問題。

【變式2】化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用下列實驗探究堿的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)，做了如圖3 甲所示的兩個實驗。某同學(xué)發(fā)現(xiàn)B 燒杯中出現(xiàn)白色渾濁，過濾后在濾液中倒入A 燒杯中的溶液，結(jié)果混合溶液顯紅色。請你分析并完成下列問題。

圖2

圖3

（1）判斷A 燒杯恰好完全反應(yīng)的現(xiàn)象是_________________________；

（2）B燒杯中的白色渾濁物是______________；

（3）混合后的溶液呈堿性，可能存在的堿性物質(zhì)有_______________。

［做出猜想］猜想一：可能是NaOH；

猜想二：可能是NaOH、Ca（OH）2；

猜想三：可能是NaOH和Na2CO3；

猜想四：可能是Ca（OH）2和Na2CO3。

同學(xué)們經(jīng)過討論一致認為猜想四是錯誤的，理由是_______________。

［實驗驗證］同學(xué)們對可能含有的堿性物質(zhì)進行驗證：取一定量的混合溶液，向其中逐滴加入稀鹽酸，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象得到如圖3乙所示的圖像。

［結(jié)論］依據(jù)圖像分析，得出猜想____________正確。

解析：在滴有酚酞的NaOH 溶液中加入鹽酸，恰好反應(yīng)時的現(xiàn)象是溶液由紅色變?yōu)闊o色；在澄清石灰水中加入碳酸鈉，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是Ca（OH）2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaOH，故會產(chǎn)生白色沉淀?；旌虾蟮娜芤撼蕢A性，而生成物NaOH、反應(yīng)物Ca（OH）2與Na2CO3呈堿性，故猜想一、二、三均有可能，但猜想四不可能，原因是二者會發(fā)生反應(yīng)不能共存。乙圖像說明溶液中一定含有能與HCl 反應(yīng)產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，這便只有猜想三中的Na2CO3符合要求，而起初沒有氣體產(chǎn)生，原因則是HCl 先與NaOH 發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)NaOH消耗完后，HCl才與Na2CO3發(fā)生反應(yīng)；同時也說明實驗B 中的Na2CO3過量。

反思：本題看似考查HCl與NaOH反應(yīng)、Ca（OH）2與Na2CO3反應(yīng)后相互混合倒入的實驗探究問題，但借助圖像分析不難發(fā)現(xiàn)，核心問題再一次轉(zhuǎn)化為“在NaOH 和Na2CO3的混合溶液中加入稀鹽酸”的相關(guān)問題，實則還是NaOH、Na2CO3與HCl的競爭性反應(yīng)問題，屬于“堿先反應(yīng)”的變式實驗問題。

歸納與總結(jié)：當(dāng)在堿溶液和鹽溶液中逐漸加入酸溶液時，如何判斷反應(yīng)的“誰先誰后”？具體依據(jù)是：若不生成難溶于酸的沉淀（BaSO4、AgCl），有堿參與的反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生。其原因是堿溶液中不可能存在酸性氣體，如CO2、HCl等。

二、酸堿鹽競爭反應(yīng)中的“酸先反應(yīng)”探索

在酸溶液和鹽溶液的混合溶液中不斷加入堿溶液，相關(guān)反應(yīng)問題也屬于酸堿鹽競爭反應(yīng)中常見的一種類型，誰與堿溶液先反應(yīng)則是解決此類問題的關(guān)鍵。

【例2】向鹽酸和MgCl2的混合溶液中不斷加入的NaOH 溶液，圖4 橫坐標(biāo)表示加入的NaOH 溶液的質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)的其他相關(guān)量，其中正確的是（ ）。

圖4

解析：向鹽酸和MgCl2的混合溶液中不斷加入NaOH 溶液，反應(yīng)分為三個過程：（1）NaOH 先和鹽酸反應(yīng)，直至將鹽酸消耗完全，此時溶液中的溶質(zhì)為NaCl、MgCl2；（2）繼續(xù)加入NaOH溶液，再與MgCl2反應(yīng)產(chǎn)生Mg（OH）2沉淀，直至將MgCl2消耗完全，此時溶液中的溶質(zhì)為NaCl；（3）繼續(xù)加入NaOH 溶液，此時溶液中的溶質(zhì)為NaCl、NaOH。故答案為D選項。

反思：NaOH 之所以與鹽酸先反應(yīng)，是因為NaOH 與MgCl2反應(yīng)產(chǎn)生的Mg（OH）2沉淀會與原溶液中的HCl 反應(yīng)生成MgCl2，使得反應(yīng)相當(dāng)于沒有發(fā)生。故此類酸堿鹽競爭性反應(yīng)問題可簡單地判斷為“酸先反應(yīng)”。這與前述的“在NaOH 和Na2CO3的混合溶液中加入鹽酸”的情況同屬一脈，即酸堿中和反應(yīng)優(yōu)先，二者原理分析的實質(zhì)是相同的。

【例3】向一定量鹽酸和CaCl2的混合溶液中，逐滴加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3溶液，直至過量。生成沉淀質(zhì)量與滴入Na2CO3溶液質(zhì)量的變化關(guān)系如圖5所示，下列說法正確的是（ ）。

圖5

A.滴至a 點時，溶液中的反應(yīng)為CaCl2+Na2CO3＝2NaCl+CaCO3↓

B.滴至b點時，溶液中含有HCl、NaCl兩種溶質(zhì)

C.滴至c 點時，溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量比原混合溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量大

D.滴至d點時，溶液呈中性

解析：Oa段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為2HCl+Na2CO3＝2NaCl+H2O+CO2↑，ac 段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為CaCl2+Na2CO3＝2NaCl+CaCO3↓。因此，a點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl 和CaCl2，b 點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl 和CaCl2，c點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl，d點時溶液中的溶質(zhì)為NaCl和Na2CO3，故答案為C選項。

反思：Na2CO3之所以先與鹽酸反應(yīng)，是因為Na2CO3與CaCl2反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3沉淀會與原溶液中的HCl 反應(yīng)生成CaCl2，使得反應(yīng)相當(dāng)于沒有發(fā)生。故遇到此類酸堿鹽競爭性反應(yīng)問題，可認為“有酸參與的反應(yīng)優(yōu)先”。此例較上述“酸先反應(yīng)”類型，延伸與擴大了酸堿鹽競爭反應(yīng)的覆蓋面。

歸納與總結(jié)：當(dāng)在酸溶液和鹽溶液中逐漸加入堿溶液或堿性鹽溶液時，如何判斷反應(yīng)的“誰先誰后”具體依據(jù)是：若不生成難溶于酸的沉淀（BaSO4、AgCl），有酸參與的反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生。其原因是酸溶液中不可能存在難溶性堿，如Mg（OH）2、Cu（OH）2等；也不可能存在難溶性碳酸鹽，如CaCO3、BaCO3等。

三、酸堿鹽競爭反應(yīng)中的“同時反應(yīng)”探索

在酸堿鹽競爭反應(yīng)中，除上述兩種常見的類型外，還存在較少出現(xiàn)的“同時反應(yīng)”類型。

【例4】向鹽酸、CuSO4混合溶液中加Ba（OH）2溶液，產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量與滴加的Ba（OH）2溶液質(zhì)量的關(guān)系如圖6 所示。請回答下列問題：

（1）分析A、B、C 各點沉淀中的成分；

（2）分析A、B、C各點溶液中溶質(zhì)的成分。

圖6

解析：在鹽酸和CuSO4溶液中加Ba（OH）2溶液，存在如下化學(xué)反應(yīng)：2HCl+Ba（OH）2＝BaCl2+2H2O，CuSO4+Ba（OH）2＝BaSO4↓+Cu（OH）2↓，且二者同時發(fā)生（原因是BaSO4沉淀難溶于酸）。AB段沉淀的質(zhì)量不變，BC 段沉淀的質(zhì)量增長，說明OA 段、AB 段溶液中的鹽酸是過量的。因此，OA 段發(fā)生的反應(yīng)除了上述反應(yīng)，還有2HCl+Cu（OH）2＝CuCl2+2H2O，AB 段發(fā)生的反應(yīng)是2HCl+Ba（OH）2＝BaCl2+2H2O，BC 段發(fā)生的反應(yīng)是CuCl2+Ba（OH）2＝Cu（OH）2↓+BaCl2。A 點溶液中的溶質(zhì)有BaCl（2生成的）、CuCl（2生成的）、HCl（剩余的），沉淀只有BaSO4；B 點溶液中的溶質(zhì)有BaCl2、CuCl2，沉淀只有BaSO4；C點溶液中的溶質(zhì)有BaCl2，沉淀有Cu（OH）2、BaSO4。

反思：本題看似在考查HCl、CuSO4與Ba（OH）2的相關(guān)反應(yīng)，但通過分析不難發(fā)現(xiàn)，核心問題由兩部分組成，一部分是OA 段“HCl 和CuSO4的混合溶液中加入Ba（OH）2”的問題，實則是HCl、CuSO4與Ba（OH）2的競爭性反應(yīng)問題；另一部分是AB 段“BaCl2、HCl、CuCl2與Ba（OH）2的混合溶液中加入Ba（OH）2”的問題，實則是HCl、CuCl2與Ba（OH）2的競爭性反應(yīng)問題。此例較上述“酸先反應(yīng)”類型，再一次延伸與擴大了酸堿鹽競爭反應(yīng)的覆蓋面，使得酸堿鹽競爭反應(yīng)的優(yōu)先問題得到全面的覆蓋。

歸納與總結(jié)：根據(jù)上述三大類型的酸堿鹽競爭性反應(yīng)來看，酸堿鹽競爭性反應(yīng)不能簡單地理解為“中和反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生”，原因在于部分反應(yīng)并沒有中和反應(yīng)出現(xiàn)；同時也不能認為“有酸參與的反應(yīng)就一定優(yōu)先發(fā)生”，原因在于部分反應(yīng)沒有出現(xiàn)難溶于酸的沉淀（此類沉淀可以與原溶液中的酸共存）。因此，酸堿鹽競爭性反應(yīng)中“優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)”的關(guān)鍵取決于是否會出現(xiàn)難溶于酸的沉淀，若沒有此類沉淀出現(xiàn)，則“有酸參與的反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生”；若有此類沉淀出現(xiàn)，則反應(yīng)沒有先后，而是同時發(fā)生。

綜上所述，酸堿鹽競爭性反應(yīng)問題的考查是多元化的，有時還結(jié)合圖像和實驗的相關(guān)內(nèi)容進行，將化學(xué)反應(yīng)原理、實驗現(xiàn)象、物質(zhì)檢驗等考點綜合于一體。學(xué)生應(yīng)結(jié)合題目給出的信息，運用提煉的反應(yīng)規(guī)律，展開有效的解題分析，以有效掌握相關(guān)的解題技巧。