反應類型、溶解度指引同淨離子方程式

水溶液反應背後嘅三種驅動力

當兩種溶液混合時，只有喺某樣嘢將離子從溶液中移走，或者令電子轉移，反應先會發生。問三個問題。一種溶液嘅陽離子同另一種溶液嘅陰離子，會唔會形成溶解度低嘅化合物？酸有冇將質子轉移俾鹼，形成水或者另一種弱電解質？有冇原子改變咗氧化數，令電子由一種物種傳到另一種物種？

第一條問題答「有」，就係沉澱反應；第二條答「有」，就係酸鹼反應；第三條答「有」，就係氧化還原反應。好似 HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) 呢類產生氣體嘅反應，通常歸入酸鹼反應，因為第一步係質子轉移。燃燒同一種金屬置換另一種金屬都係氧化還原反應。

呢幾個家族並非互相排斥。當氫氧化鋇水溶液中和硫酸時，Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l)，水同不溶性硫酸鹽沉澱會喺同一個反應中形成。

決定寫成離子嘅物種

淨離子方程式取決於知道邊啲物質喺水中以分離離子形式存在。強電解質基本上完全解離：可溶性離子化合物、強酸同強鹼。當佢哋標示為 (aq) 時，寫成離子。其他一切都保留化學式：固體、液體、氣體、弱酸、弱鹼，以及好似葡萄糖咁嘅分子溶質。

常見強酸係 HCl、HBr、HI、HNO₃、HClO₄ 同 H₂SO₄（第一個質子）。普通化學中你遇到嘅幾乎所有其他酸，包括 HF、乙酸（CH₃COOH）同碳酸，都當作弱酸處理，並且保留為分子。強鹼係第 1 族氫氧化物同較重嘅第 2 族氫氧化物。氨係弱鹼，保持為 NH₃(aq)。

化合物解離時，多原子離子保持完整。鉻酸鉀水溶液得出 2K⁺(aq) 同 CrO₄²⁻(aq)，而唔係分開嘅鉀、鉻同氧離子。

應用溶解度指引

溶解度指引概括咗離子化合物喺室溫附近嘅水中觀察到嘅規律。可溶表示有可用嘅量溶解；不溶表示溶解度低到當離子喺普通實驗室濃度下相遇時會形成固體。冇任何離子化合物嘅溶解度係正好為零。以下清單基於 OpenStax Chemistry 2e 第 4.2 節嘅表 4.1。

要預測沉澱物，先列出混合後存在嘅所有離子，然後將每個陽離子同每個佢一開始冇配對過嘅陰離子配對。如果任何新配對屬於不溶類別，該化合物就會沉澱。如果每個可能嘅配對都係可溶，例如混合硝酸鉀同氯化鈉溶液，離子就只係並存，冇淨反應。

• 第 1 族陽離子（Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺）同 NH₄⁺ 嘅化合物可溶。
• 硝酸鹽、乙酸鹽、碳酸氫鹽同氯酸鹽可溶。
• 氯化物、溴化物同碘化物可溶，但 Ag⁺、Hg₂²⁺ 同 Pb²⁺ 嘅除外。
• 氟化物可溶，但 Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺ 同 Fe³⁺ 嘅除外。
• 硫酸鹽可溶，但 Ag⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Hg₂²⁺、Pb²⁺ 同 Sr²⁺ 嘅除外。
• 碳酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽同硫化物不溶，但同第 1 族陽離子同 NH₄⁺ 形成嘅除外。
• 氫氧化物不溶，但同第 1 族陽離子同 Ba²⁺ 形成嘅除外；Ca(OH)₂ 同 Sr(OH)₂ 微溶。

逐步建立淨離子方程式

每一步都有原因。先平衡分子方程式，可以保證原子數目。拆開強電解質，顯示燒杯入面真正存在嘅物質。約去旁觀離子，移除喺兩邊都不變、冇參與變化嘅物種。

電荷檢查可以揪出原子計數遺漏嘅錯誤。淨離子方程式可以帶有非零嘅總電荷，但呢個電荷必須喺兩邊相同，因為電荷同原子一樣守恆。

• 寫出平衡嘅分子方程式，並喺每個化學式上標示狀態符號。
• 將每個 (aq) 強電解質改寫成分離嘅離子，同時乘以下標同係數。
• 劃走喺兩邊都不變嘅離子。呢啲就係旁觀離子。
• 將其餘係數約簡到最細整數。
• 檢查每種元素同總電荷是否平衡。

實例：沉澱鉻酸銀

你將 18.0 mL 0.0850 mol/L 鉻酸鉀同過量硝酸銀水溶液混合。新配對係 Ag⁺ 同 CrO₄²⁻，以及 K⁺ 同 NO₃⁻。銀並非第 1 族陽離子，所以紅棕色嘅鉻酸銀會沉澱；硝酸鉀保持溶解。分子方程式：2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq)。完整離子方程式：2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)。約去 K⁺ 同 NO₃⁻ 得出淨離子方程式 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s)。電荷檢查：左邊 2(+1) + (−2) = 0，右邊係 0。

要搵沉澱物嘅質量，使用修約至兩個小數位嘅 IUPAC 標準原子量：Ag 107.87、Cr 52.00、O 16.00。Ag₂CrO₄ 嘅摩爾質量係 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol。鉻酸根嘅摩爾數 = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol，而淨離子方程式表明每 1 mol CrO₄²⁻ 得出 1 mol Ag₂CrO₄。質量 = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g。兩個量度量都有三個有效數字，所以答案亦然。

實例：弱酸同溶液中嘅金屬

乙酸水溶液同氫氧化鈉水溶液反應：CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)。乙酸係弱酸，所以保持分子形式，而 NaOH 同乙酸鈉係強電解質。約去 Na⁺ 之後，淨離子方程式係 CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l)。比較硝酸同氫氧化鉀，兩種反應物都係強電解質，淨離子方程式縮減成 H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)。

放入硝酸銀溶液嘅一條鎳片會被銀晶體覆蓋。鎳由 0 變成 +2，銀由 +1 變成 0，所以呢個係氧化還原反應；硝酸根係旁觀離子。淨離子方程式係 Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s)。係數 2 係由電荷而非原子所要求：Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) 令每種元素都平衡，但左邊總電荷係 +1，右邊係 +2。

離子方程式中嘅常見錯誤同點樣揪出佢哋

大部分錯誤來自寫錯物種，而唔係算術。約去任何嘢之前，先問每個化學式喺水中是否真係以分離離子形式存在。

最後檢查，將淨離子方程式當作一個物理事件嚟讀。兩個銀離子同一個鉻酸根離子形成固體，係你可以睇到嘅嘢；一條只係喺配對之間交換溶解離子嘅方程式，就乜都冇描述到。

• 拆開弱酸：HF(aq) 保持分子形式。將任何酸同六種強酸比較。
• 拆開沉澱物：標示 (s) 嘅化學式保持完整，即使固體係離子化合物。
• 拆散多原子離子：保持 NO₃⁻、SO₄²⁻ 同 CrO₄²⁻ 完整。
• 下標放錯位置：K₂CrO₄ 得出 2K⁺；唔存在 K₂⁺ 離子。
• 將汞(I)當作 Hg⁺：佢以雙原子 Hg₂²⁺ 陽離子形式存在。
• 係數冇約簡，例如 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄。
• 當每個配對都可溶、冇形成水、弱電解質或氣體，而且冇任何物質被氧化或還原時，仍然寫出淨離子方程式。正確答案係冇反應。