高考化学中 HCO₃⁻遇上金属阳离子:沉金属方程式,一张表全搞定

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高考化学中 HCO₃⁻遇上金属阳离子:沉金属方程式,一张表全搞定

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  做工艺流程题,十有八九要"沉金属"。一旦题干里出现碳酸氢铵、碳酸铵、氨水-碳酸盐混合溶液,后面那问"写出生成 XX 沉淀的离子方程式"就成了分水岭:有人秒写,有人硬凑。       其实这类非氧化还原方程式,背后就一条主线——围绕 HCO₃⁻ 的电离平衡移动。今天把它拆成四类,一张表收走。

一、从一道真题说起

2025年山东卷工艺流程考了"沉锰",同一情境下"沉锶"也极具代表性:

【真题变式】向 Sr(OH)₂ 溶液中加入 NH₄HCO₃,写出"沉锶"的化学方程式。

Sr(OH)₂ + NH₄HCO₃ ══ SrCO₃↓ + H₂O + NH₃·H₂O

看到没有:碱性环境里,HCO₃⁻ 根本轮不到"放 CO₂",它直接被 OH⁻ 拉去电离出 CO₃²⁻ 沉淀。环境(酸碱性)一变,产物就变——这就是很多人背了一堆方程式还是写不对的原因。所以别背零散式子,先建立判断顺序。

二、判断顺序:四步定产物

碰到 Mn+ 与 HCO₃⁻ / CO₃²⁻ 的组合,按四步看,不要一上来就"双水解":

  1. 看阳离子水解强不强
    ——Al³⁺、Fe³⁺ 水解强,倾向出氢氧化物;Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺ 水解弱,倾向出碳酸盐;
  2. 看碳酸盐沉淀难不难溶
    ——正盐难溶(FeCO₃、MnCO₃、ZnCO₃),往往复分解先行;
  3. 看氢氧化物沉淀难不难溶
    ——两者都难溶时,常共沉淀成碱式盐(Cu²⁺、Mg²⁺);
  4. 看题目条件
    ——给的是 HCO₃⁻ 还是 CO₃²⁻?有没有氨水?通没通 NH₃/CO₂?加热浓缩没有?产物题干有没有暗示?

一句话模型:阳离子水解强不强,决定出碱还是出盐;产物给碱式还是正盐,看题不要猜。

三、四大类型逐一过

类型① 完全双水解:Al³⁺、Fe³⁺(出氢氧化物 + CO₂)

Al³⁺、Fe³⁺ 水解产 H⁺ 能力强,HCO₃⁻ 既电离又水解,两者互促到几乎完全,产物脱离体系(沉淀 + 气体):

Al³⁺ + 3HCO₃⁻ ══ Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑Fe³⁺ + 3HCO₃⁻ ══ Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑

⚠ 易错:用 HCO₃⁻ 作反应物时,总式直接写氢氧化物 + CO₂,不要另写 H₂O;换用 CO₃²⁻ 时才补水:

2Fe³⁺ + 3CO₃²⁻ + 3H₂O ══ 2Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑

类型② 复分解出正盐:Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Co²⁺

这类阳离子水解弱于 Al³⁺、Fe³⁺,而它们的正盐碳酸盐又难溶,所以 HCO₃⁻ 提供 CO₃²⁻ 走复分解,放出 CO₂:

Fe²⁺ + 2HCO₃⁻ ══ FeCO₃↓ + CO₂↑ + H₂OMn²⁺ + 2HCO₃⁻ ══ MnCO₃↓ + CO₂↑ + H₂OCo²⁺ + 2HCO₃⁻ ══ CoCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

⚠ 别把 Fe²⁺ 写成 Fe(OH)₂!Fe²⁺ 水解弱,优先沉正盐 FeCO₃。但若流程中有 O₂、H₂O₂、NaClO 等氧化剂,"先氧化再沉淀",产物变 Fe(OH)₃,式子要重排。

类型③ 碱式碳酸盐:Cu²⁺、Mg²⁺(正盐和氢氧化物都难溶)

Cu²⁺ 水解中等,CuCO₃ 和 Cu(OH)₂ 都难溶,常见共沉淀成碱式碳酸铜;Mg²⁺ 与 CO₃²⁻ 在加热/水参与下也出碱式碳酸镁:

2Cu²⁺ + 2CO₃²⁻ + H₂O ══ Cu₂(OH)₂CO₃↓ + CO₂↑// 或用 HCO₃⁻ 体系:2Cu²⁺ + 4HCO₃⁻ ══ Cu₂(OH)₂CO₃↓ + 3CO₂↑ + H₂O2Mg²⁺ + 3CO₃²⁻ + 2H₂O ══ Mg(OH)₂·MgCO₃↓ + 2HCO₃⁻// 也可以写成放 CO₂ 的形式:

2Mg²⁺ + 2CO₃²⁻ + H₂O ══ Mg(OH)₂·MgCO₃↓ + CO₂↑

提示:Cu²⁺ 别硬套"氢氧化物 + CO₂"模板——先看题干给的是 Cu₂(OH)₂CO₃ 还是 CuCO₃·Cu(OH)₂,按题给产物写。

类型④ 弱互促可共存 / 不反应:Mg²⁺(常温)、NH₄⁺、Na⁺、K⁺

Mg²⁺ 与 HCO₃⁻ 互促水解但程度小,常温稀溶液按可大量共存处理(加热、浓缩才出碱式盐);NH₄⁺ 与 HCO₃⁻、CH₃COO⁻ 同理属弱互促;Na⁺、K⁺ 不水解,直接共存。

HCO₃⁻ + AlO₂⁻ + H₂O ══ Al(OH)₃↓ + CO₃²⁻ // 反向操作:HCO₃⁻ 显"酸性",能把偏铝酸盐沉下来,这叫"强酸制弱酸"。

四、一张速查表(考场上直接对号)
阳离子
类型
产物
共存判断
Al³⁺
Fe³⁺
完全双水解
M(OH)ₙ↓ + CO₂↑
不共存
Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺
Co²⁺
复分解正盐
MCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
不共存;Fe²⁺防氧化
Cu²⁺
碱式盐为主
Cu₂(OH)₂CO₃↓ + CO₂↑
不共存;按信息写
Mg²⁺(常温稀溶液)
弱互促
通常不沉淀
常判共存
NH₄⁺ + HCO₃⁻/CH₃COO⁻
弱互促
不彻底
常判共存
Na⁺、K⁺
不反应
—
共存

五、进阶:条件一变,式子重写

真正拉开差距的,是外加条件改变产物的题。同一批离子,加点氨水、通点 NH₃ 和 CO₂,写法立刻不同——这四道练习最能练出"手感":

1️⃣ 向 MgSO₄ 溶液中加入 (NH₄)₂CO₃ 溶液,生成 Mg(OH)₂·MgCO₃:

2Mg²⁺ + 2CO₃²⁻ + H₂O ══ Mg(OH)₂·MgCO₃↓ + CO₂↑

2️⃣ 向 MnF₂ 溶液中加入 NH₄HCO₃,生成 MnCO₃:

Mn²⁺ + 2HCO₃⁻ ══ MnCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

3️⃣ FeSO₄ 溶液与氨水-NH₄HCO₃ 混合溶液反应,生成 FeCO₃ 沉淀(注意:碱性环境,没有 CO₂!):

Fe²⁺ + HCO₃⁻ + NH₃·H₂O ══ FeCO₃↓ + NH₄⁺ + H₂O

4️⃣ 向 CaCl₂ 溶液中先通 NH₃ 再通 CO₂(碳化),生成 CaCO₃ 沉淀:

Ca²⁺ + 2NH₃ + H₂O + CO₂ ══ CaCO₃↓ + 2NH₄⁺

对比着看:第3题有氨水 → OH⁻ 先把 HCO₃⁻ 拉成 CO₃²⁻,不放 CO₂;第4题先通 NH₃ 变碱性,CO₂ 才能被吸收沉淀出 CaCO₃。谁提供碱性环境,谁的产物里就没有 CO₂——这就是"碳化"类流程题(纯碱工业、沉钙沉锶)的通用逻辑。

六、考场三查
  1. 查环境:
    体系酸性放 CO₂,体系碱性(氨水/先通NH₃)不放 CO₂;
  2. 查氧化:
    Fe²⁺ 体系里有没有 O₂、H₂O₂、NaClO?有则先氧化再沉淀;
  3. 查产物:
    题干写"碱式盐"就别给正盐,写化学式带"·"的(如 Mg(OH)₂·MgCO₃)注意守恒配平。

✦ ✦ ✦

📌 核心结论Al³⁺、Fe³⁺ → 氢氧化物 + CO₂;Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺ → 正盐碳酸盐 + CO₂;Cu²⁺ → 碱式碳酸铜;Mg²⁺ 常温弱互促可共存;有氨水/先通NH₃ → 碱性环境不放 CO₂。💬 互动话题:你们写 Cu²⁺ + HCO₃⁻,是按碱式盐讲,还是直接套"氢氧化物 + CO₂"?评论区聊聊你的讲法。

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