领悟介质洞悉反应

冯子光

化学教师在教学时往往会遇到这样一类问题：学生在书写方程式或进行实验设计时常常忽视化学反应的环境，即化学反应的介质，从而产生以下的错误：在强酸性介质中会产生碱性气体，在强碱性介质中会产生酸性气体，出现了与题给条件相矛盾的情况，甚至会出现离子方程式中既有H+又有OH-等。也正是这些细节决定成败，导致实验失败、工艺流程的失误以及学生考试时失分。为此，笔者分析总结如下，供学生和老师们参考。

一、无机反应中的介质

1.离子反应中的介质

【例1】下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（）。

①滴入甲基橙显黄色的溶液中：Na+、NO-3、Cl-、AlO-2、OH-

②pH=11的溶液中：CO2-3、Na+、AlO-2、NO-3

③加入Al能放出H2的溶液中：Cl-、HCO-3、NO-3、NH+4

④在由水电离出的c（OH-）=10-13mol·L-1的溶液中：Na+、Ba2+、Cl-、I-

⑤能使pH试纸变蓝色的溶液中：Na+、C1-、S2-、ClO-

⑥酸性溶液中：Fe2+、Al3+、NO-3、I-、Cl-

⑦加入苯酚显紫色的溶液中：NH+4、K+、Cl-、S2-

⑧在pH=0的溶液中：K+、Fe2+、C1-、NO-3

A.②③⑤⑦B.②④⑤

C.①②④⑤D.④⑤⑥⑧

解析：选B。①中甲基橙显黄色，其pH>4.4，酸、碱、中性都有可能，在酸性中AlO-2、OH-与H+反应不能大量共存。③加入Al能放出H2的溶液可能显强酸性和强碱性，HCO-3在强酸和强碱中都不能大量存在，NH+4在强碱中也不能大量存在。④c（OH-）水=10-13mol·L-1的溶液其pH为13或1，四种离子可以共存。⑤pH试纸显蓝色的溶液为碱性溶液，无论在酸性还是碱性环境下ClO-都有强氧化性，能氧化S2-。⑥酸性溶液中NO-3能氧化I-。⑦加入苯酚显紫色的溶液为酸性溶液，且2Fe3++S2-=2Fe2++S↓。⑧pH=0的溶液为强酸性溶液，3Fe2++NO-3+4H+=3Fe3++NO↑+2H2O。

2.离子方程式中的介质

【例2】写出下列反应的离子方程式：

（1）硫酸亚铁溶液中加入硫酸酸化的H2O2溶液；

（2）在强碱性溶液中次氯酸钠与Fe（OH）3反应生成易溶于水的Na2FeO4；

（3）在足量烧碱溶液中水解；

（4）FeSO4溶液久置呈黄色；

（5）少量的SO2通入苯酚钠溶液中。

解析：（1）很多同学忽略了硫酸酸化这个条件，而错写为：6Fe2++3H2O2=2Fe（OH）3↓+4Fe3+，正确的写法是：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O。

（2）因为溶液呈碱性，故：3ClO-+4OH-+2Fe（OH）3=2FeO2-4+3Cl-+5H2O，不能写成：3ClO-+2Fe（OH）3=2FeO2-4+3Cl-+H2O+4H+。

（3）学生很容易忽略“足量”二字，错写为：+OH-△+CH3COO-+H2O。故方程式应写为：+3OH-△+CH3COO-+2H2O。

（4）呈黄色的原因为Fe2+被氧化成Fe3+，但FeSO4溶液为酸性溶液（水解呈酸性，配制时要加入少量的稀硫酸），反应为4Fe2++4H++O2=4Fe3++2H2O。

（5）如果不注意介质酸性强弱顺序很容易写成：C6H5O-+SO2+H2O→C6H5OH+HSO-3；但由于HSO-3的酸性大于苯酚，所以正确的写法是：2C6H5O-+SO2+H2O→2C6H5OH+SO2-3。

3.无机工艺流程图中的介质

【例3】制取纯净CuCl2·2H2O的生产过程是（）。

（1）将粗CuO（含少量铁）溶解在足量的稀盐酸里，加热、过滤，得到CuCl2（含FeCl2）的溶液，经测定，溶液的 pH为3。

（2）对（1）的溶液按下列步骤进行提纯：

已知：①可做氧化剂的物质有（A）KMnO4、（B）K2Cr2O7、（C）H2O2、（D）NaClO；

②Cu2+、Fe2+在pH值为4～5时不水解，而Fe3+却几乎全部水解。试回答：

（1）加入的氧化剂X是（答编号）；加入X的作用是；反应的离子方程式是。

（2）物质Y是；沉淀Z是。加入Y能形成沉淀Z的原因是。

解析：将介质的pH调为4～5即可将Fe3+完全转化为Fe（OH）3除去，但无法将Cu2+与Fe2+分离，所以应先将Fe2+完全氧化成Fe3+，然后再调节介质的pH。

答案：（1）C；把Fe2+氧化成Fe3+；2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。（2）CuO或Cu（OH）2或CuCO3或Cu2（OH）2CO3等；Fe（OH）3；CuO与H+反应，使溶液的pH升高，促进了Fe3+的水解，当pH为4～5时，Fe3+几乎完全水解生成Fe（OH）3。

二、电化学反应中的介质

1.原电池中电极反应的介质

燃料电池：（1）电极：惰性电极。（2）燃料包含H2、烃如CH4、醇如C2H5OH等。（3）电解质包含：①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如KOH溶液；③熔融氧化物，如Y2O3；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。

【例4】以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。

（1）酸性条件

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①endprint

燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+。

（2）碱性条件

燃料电池总反应：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O①；

燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO2-3+7H2O。

（3）固体电解质（高温下能传导O2-）

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O；正极电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO2-3；电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：CH4+4CO2-3-8e-=5CO2+2H2O。

2.电解池中电极反应的介质

【例5】实验室制O2需要的催化剂可由石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液得到，其电解时的阳极反应式为：。

解析：介质呈酸性，故阳极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。不能写成：Mn2++4OH--2e-=MnO2+2H2O，更不能写成：4OH--4e-=2H2O+O2↑。

3.可充电电池的电极反应的介质

【例6】（2005·江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。3Zn+2K2FeO4+8H2O放电1充电3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，下列叙述不正确的是（）。

A.放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

B.充电时阳极反应为：Fe（OH）3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2O

C.放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

解析：选C。放电作用是原电池的功能，其总反应式为：3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，其负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2，正极反应为：FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-，A正确。充电就是发生电解池反应，其总反应式为：3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH=3Zn+2K2FeO4+8H2O，其阳极反应为：Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO2-4+4H2O，B正确。放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原为Fe（OH）3，而不是被氧化，C错误。根据正极反应式FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-可知，放电时正极附近溶液的碱性增强。

三、有机反应和有机工艺流程图中的介质

【例7】请设计合理方案从合成（用反应流程图表示，并注明反应条件）。提示：R-CH=CH2HBr1过氧化物R-CH2-CH2-Br。

示例：乙醇合成乙烯的反应流程图可表示为：

CH3CH2OH浓硫酸1170℃CH2=CH2高温高压1催化剂CH2-CH2]n

解析：此题是2006年江苏高考化学试题第23题第（4）小题，学生主要出错在介质问题上，该题在合成中反复涉及酸碱性介质。第一步碱性介质中羧酸应转化为羧酸钠，第二步酸性介质中将羧酸钠转化为羧酸，第三步碱性介质中羧酸又转化为羧酸钠，最后在浓硫酸作用下将羧酸钠转化为羧酸，同时发生分子内酯化。正确的工艺流程图如下：

很多化学反应是在一定的介质中进行的，不同介质下的化学反应有可能大相径庭。所以，教师和学生在分析化学反应、工艺流程图和做化学实验时要特别重视条件对反应的多方面的影响，避免不必要的失误。

链接练习：

1.下列各组离子在水溶液中能大量共存的是（）。

A.Na+、Ba2+、H+、S2-、ClO-

B.H+、S2-、SO2-3、K+、NO-3

C.H+、Fe2+、Cl-、NO-3、I-

D.Na+、S2-、SO2-3、OH-、NO-3

2.写出下列反应的离子方程式：

（1）S与NaOH溶液共热发生的歧化反应。

（2）CH4可以用于设计燃料电池，一种甲烷燃料电池的工作原理如右图所示，负极的电极反应式为：。

（3）镁与稀硝酸反应，硝酸的还原产物中N元素为-3价。

（4）Na2FeO2与新制氯水反应。

（5）Cl2将Fe（OH）3在KOH溶液中氧化为易溶于水的K2FeO4。

3.在铝表面着色，先用电解法使铝表面附上一层氧化铝。方法是将铝件作阳极，铁作阴极，碳酸氢钠作电解液，进行电解。其原理是，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜，薄膜的某些部件存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使氢氧化铝分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。试回答：

（1）铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为：。

（2）电解过程中，必须使电解液酸碱性保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是：。

（3）电解液碳酸氢钠溶液会缓解阴极区溶液碱性增强，能说明这一原理的离子方程式为：。

链接练习答案：

1.D。

2.（1）3S+6OH-2S2-+SO2-3+3H2O；（2）CH4-8e-+3H2O+9CO2-3=10HCO-3；

（3）4Mg+10H++NO-3=4Mg2++NH+4+3H2O；（4）2FeO22-+Cl2+8H+=2Fe3++2Cl-+4H2O；

（5）10OH-+3Cl2+2Fe（OH）3=2FeO2-4+6Cl-+8H2O；

3.（1）Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑或Al-3e-+3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑。

（2）氢氧化铝、氧化铝均具有两性，酸碱性太大或太小都会使之溶解。

（3）HCO-3+OH-=CO2-3+H2O。

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燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+。

（2）碱性条件

燃料电池总反应：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O①；

燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO2-3+7H2O。

（3）固体电解质（高温下能传导O2-）

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O；正极电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO2-3；电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：CH4+4CO2-3-8e-=5CO2+2H2O。

2.电解池中电极反应的介质

【例5】实验室制O2需要的催化剂可由石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液得到，其电解时的阳极反应式为：。

解析：介质呈酸性，故阳极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。不能写成：Mn2++4OH--2e-=MnO2+2H2O，更不能写成：4OH--4e-=2H2O+O2↑。

3.可充电电池的电极反应的介质

【例6】（2005·江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。3Zn+2K2FeO4+8H2O放电1充电3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，下列叙述不正确的是（）。

A.放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

B.充电时阳极反应为：Fe（OH）3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2O

C.放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

解析：选C。放电作用是原电池的功能，其总反应式为：3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，其负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2，正极反应为：FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-，A正确。充电就是发生电解池反应，其总反应式为：3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH=3Zn+2K2FeO4+8H2O，其阳极反应为：Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO2-4+4H2O，B正确。放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原为Fe（OH）3，而不是被氧化，C错误。根据正极反应式FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-可知，放电时正极附近溶液的碱性增强。

三、有机反应和有机工艺流程图中的介质

【例7】请设计合理方案从合成（用反应流程图表示，并注明反应条件）。提示：R-CH=CH2HBr1过氧化物R-CH2-CH2-Br。

示例：乙醇合成乙烯的反应流程图可表示为：

CH3CH2OH浓硫酸1170℃CH2=CH2高温高压1催化剂CH2-CH2]n

解析：此题是2006年江苏高考化学试题第23题第（4）小题，学生主要出错在介质问题上，该题在合成中反复涉及酸碱性介质。第一步碱性介质中羧酸应转化为羧酸钠，第二步酸性介质中将羧酸钠转化为羧酸，第三步碱性介质中羧酸又转化为羧酸钠，最后在浓硫酸作用下将羧酸钠转化为羧酸，同时发生分子内酯化。正确的工艺流程图如下：

很多化学反应是在一定的介质中进行的，不同介质下的化学反应有可能大相径庭。所以，教师和学生在分析化学反应、工艺流程图和做化学实验时要特别重视条件对反应的多方面的影响，避免不必要的失误。

链接练习：

1.下列各组离子在水溶液中能大量共存的是（）。

A.Na+、Ba2+、H+、S2-、ClO-

B.H+、S2-、SO2-3、K+、NO-3

C.H+、Fe2+、Cl-、NO-3、I-

D.Na+、S2-、SO2-3、OH-、NO-3

2.写出下列反应的离子方程式：

（1）S与NaOH溶液共热发生的歧化反应。

（2）CH4可以用于设计燃料电池，一种甲烷燃料电池的工作原理如右图所示，负极的电极反应式为：。

（3）镁与稀硝酸反应，硝酸的还原产物中N元素为-3价。

（4）Na2FeO2与新制氯水反应。

（5）Cl2将Fe（OH）3在KOH溶液中氧化为易溶于水的K2FeO4。

3.在铝表面着色，先用电解法使铝表面附上一层氧化铝。方法是将铝件作阳极，铁作阴极，碳酸氢钠作电解液，进行电解。其原理是，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜，薄膜的某些部件存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使氢氧化铝分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。试回答：

（1）铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为：。

（2）电解过程中，必须使电解液酸碱性保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是：。

（3）电解液碳酸氢钠溶液会缓解阴极区溶液碱性增强，能说明这一原理的离子方程式为：。

链接练习答案：

1.D。

2.（1）3S+6OH-2S2-+SO2-3+3H2O；（2）CH4-8e-+3H2O+9CO2-3=10HCO-3；

（3）4Mg+10H++NO-3=4Mg2++NH+4+3H2O；（4）2FeO22-+Cl2+8H+=2Fe3++2Cl-+4H2O；

（5）10OH-+3Cl2+2Fe（OH）3=2FeO2-4+6Cl-+8H2O；

3.（1）Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑或Al-3e-+3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑。

（2）氢氧化铝、氧化铝均具有两性，酸碱性太大或太小都会使之溶解。

（3）HCO-3+OH-=CO2-3+H2O。

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燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+。

（2）碱性条件

燃料电池总反应：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O①；

燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO2-3+7H2O。

（3）固体电解质（高温下能传导O2-）

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②

①-②×2得燃料电池负极反应：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O。

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2CO3）环境下

电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O；正极电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO2-3；电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：CH4+4CO2-3-8e-=5CO2+2H2O。

2.电解池中电极反应的介质

【例5】实验室制O2需要的催化剂可由石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液得到，其电解时的阳极反应式为：。

解析：介质呈酸性，故阳极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。不能写成：Mn2++4OH--2e-=MnO2+2H2O，更不能写成：4OH--4e-=2H2O+O2↑。

3.可充电电池的电极反应的介质

【例6】（2005·江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。3Zn+2K2FeO4+8H2O放电1充电3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，下列叙述不正确的是（）。

A.放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

B.充电时阳极反应为：Fe（OH）3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2O

C.放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

解析：选C。放电作用是原电池的功能，其总反应式为：3Zn+2K2FeO4+8H2O=3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH，其负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2，正极反应为：FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-，A正确。充电就是发生电解池反应，其总反应式为：3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH=3Zn+2K2FeO4+8H2O，其阳极反应为：Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO2-4+4H2O，B正确。放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原为Fe（OH）3，而不是被氧化，C错误。根据正极反应式FeO2-4+4H2O+3e-=Fe（OH）3+5OH-可知，放电时正极附近溶液的碱性增强。

三、有机反应和有机工艺流程图中的介质

【例7】请设计合理方案从合成（用反应流程图表示，并注明反应条件）。提示：R-CH=CH2HBr1过氧化物R-CH2-CH2-Br。

示例：乙醇合成乙烯的反应流程图可表示为：

CH3CH2OH浓硫酸1170℃CH2=CH2高温高压1催化剂CH2-CH2]n

解析：此题是2006年江苏高考化学试题第23题第（4）小题，学生主要出错在介质问题上，该题在合成中反复涉及酸碱性介质。第一步碱性介质中羧酸应转化为羧酸钠，第二步酸性介质中将羧酸钠转化为羧酸，第三步碱性介质中羧酸又转化为羧酸钠，最后在浓硫酸作用下将羧酸钠转化为羧酸，同时发生分子内酯化。正确的工艺流程图如下：

很多化学反应是在一定的介质中进行的，不同介质下的化学反应有可能大相径庭。所以，教师和学生在分析化学反应、工艺流程图和做化学实验时要特别重视条件对反应的多方面的影响，避免不必要的失误。

链接练习：

1.下列各组离子在水溶液中能大量共存的是（）。

A.Na+、Ba2+、H+、S2-、ClO-

B.H+、S2-、SO2-3、K+、NO-3

C.H+、Fe2+、Cl-、NO-3、I-

D.Na+、S2-、SO2-3、OH-、NO-3

2.写出下列反应的离子方程式：

（1）S与NaOH溶液共热发生的歧化反应。

（2）CH4可以用于设计燃料电池，一种甲烷燃料电池的工作原理如右图所示，负极的电极反应式为：。

（3）镁与稀硝酸反应，硝酸的还原产物中N元素为-3价。

（4）Na2FeO2与新制氯水反应。

（5）Cl2将Fe（OH）3在KOH溶液中氧化为易溶于水的K2FeO4。

3.在铝表面着色，先用电解法使铝表面附上一层氧化铝。方法是将铝件作阳极，铁作阴极，碳酸氢钠作电解液，进行电解。其原理是，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜，薄膜的某些部件存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使氢氧化铝分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。试回答：

（1）铝件与电解液的接触面上逐渐形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为：。

（2）电解过程中，必须使电解液酸碱性保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是：。

（3）电解液碳酸氢钠溶液会缓解阴极区溶液碱性增强，能说明这一原理的离子方程式为：。

链接练习答案：

1.D。

2.（1）3S+6OH-2S2-+SO2-3+3H2O；（2）CH4-8e-+3H2O+9CO2-3=10HCO-3；

（3）4Mg+10H++NO-3=4Mg2++NH+4+3H2O；（4）2FeO22-+Cl2+8H+=2Fe3++2Cl-+4H2O；

（5）10OH-+3Cl2+2Fe（OH）3=2FeO2-4+6Cl-+8H2O；

3.（1）Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑或Al-3e-+3HCO-3=Al（OH）3↓+3SO2↑。

（2）氢氧化铝、氧化铝均具有两性，酸碱性太大或太小都会使之溶解。

（3）HCO-3+OH-=CO2-3+H2O。

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