二轮精品届高三化学二轮复习精品教学案专题八 溶液中的离子反应.docx
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二轮精品届高三化学二轮复习精品教学案专题八溶液中的离子反应
专题8溶液中的离子反应
【考情分析】
一、考纲要求
1.了解电解质的概念。
了解强电解质和弱电解质的概念。
2.了解电解质在水溶液中的电离,以及电解质溶液的导电性。
3.了解弱电解质在水溶液中的电离平衡。
4.了解水的电离,离子积常数。
5.了解溶液pH的定义。
了解测定溶液pH的方法,能进行pH的简单计算。
6.了解盐类水解的原理、影响盐类水解程度的主要因素、盐类水解的应用。
7.了解离子反应的概念、离子反应发生的条件。
了解常见离子的检验方法。
8.了解难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质。
二、命题趋向
电解质溶液部分内容与旧大纲相比有一定的变化,删除了“了解非电解质的概念”,增加了“了解难溶电解质的沉淀溶解平衡及沉淀转化的本质”,降低了弱电解质电离平衡的要求层次,对pH、盐的水解的知识进行了具体的要求,将原化学计算中的“pH的简单计算”放在这部分的要求之中。
弱电解质的电离平衡、溶液的酸碱性和pH的计算、盐类的水解及其应用等知识是高考化学中的热点内容,常见的题型是选择题,也有填空题和简答题。
题目的考查点基于基础知识突出能力要求,并与其他部分知识(如化学平衡、物质结构、元素及其化合物、化学计算等)联系。
【知识归纳】
(一)强弱电解质及其电离
1.电解质、非电解质的概念
电解质:
在水溶液中或熔融状态时能够导电的化合物。
非电解质:
在水溶液中和熔融状态都不能导电的化合物。
注意:
①单质和混合物既不是电解质也不是非电解质;②CO2、NH3等溶于水得到的水溶液能导电,但它们不是电解质,因为导电的物质不是其本身;③难溶的盐(BaSO4等)虽然水溶液不能导电,但是在融化时能导电,也是电解质。
2.电解质的电离
(1)强电解质如NaCl、HCl、NaOH等在水溶液中是完全电离的,在溶液中不存在电解质分子,溶液中的离子浓度可根据电解质浓度计算出来。
(2)弱电解质在水溶液中是少部分发生电离的。
如25℃时0.1mol/L的CH3COOH溶液中,CH3COOH的电离度只有1.32%,溶液中存在较大量的H2O和CH3COOH分子,少量的H+、CH3COO-和极少量的OH-离子。
(3)多元弱酸如H2CO3还要考虑分步电离:
H2CO3
H++HCO3-;HCO3-
H++CO32-。
3.弱电解质的电离平衡
(1)特征:
①动:
υ(电离)=υ(结合)≠0的动态平衡;②定:
条件一定,分子和离子浓度一定;③变:
条件改变,平衡破坏,发生移动。
(2)影响因素(以CH3COOH
CH3COO-+H+为例)
①浓度:
加水稀释促进电离,溶液中n(H+)增大,c(H+)减小②温度:
升温促进电离(因为电离过程是吸热的)③相关离子:
例如加入无水CH3COONa能抑制电离,加入盐酸也抑制电离,加入碱能促进电离,仍然符合勒夏特列原理。
4.电离平衡常数(K)----弱电解质电离程度相对大小一种参数
(1)计算方法:
对于一元弱酸HA
H++A-,平衡时,
对于一元弱碱MOH
M++OH-,平衡时,
(2)电离平衡常数的化学含义:
K值越大,电离程度越大,相应酸(或碱)的酸性(或碱性)越强。
(3)影响电离平衡常数的因素:
K值只随温度变化。
(二)水的电离和溶液的pH
1.水的离子积
(1)定义
H2O= H++OH-;△H>0,KW=c(H+)·c(OH-)
(2)性质
①在稀溶液中,Kw只受温度影响,而与溶液的酸碱性和浓度大小无关。
②在其它条件一定的情况下,温度升高,KW增大,反之则减小。
③溶液中H2O电离产生的c(H+)=c(OH-)
④在溶液中,Kw中的c(OH-)、c(H+)指溶液中总的离子浓度。
酸溶液中c(H+)=c(H+)(酸)+c(H+)(水)≈c(H+)(酸),c(H+)(水)=c(OH-);
碱溶液中c(OH-)=c(OH-)(碱)+c(OH-)(水)≈c(OH-)(碱),c(OH-)(水)=c(H+);
盐溶液显中性时c(H+)=c(OH-)=c(H+)(水)=c(OH-)(水),水解显酸性时c(H+)=c(H+)(水)=c(OH-)(水)>c(OH-),水解显碱性时c(OH-)=c(OH-)(水)=c(H+)(水)>c(H+)。
2.溶液的pH
(1)定义
pH=-lg[H+],广泛pH的范围为0~14。
注意:
当溶液中[H+]或[OH-]大于1mol/L时,不用pH表示溶液的酸碱性。
(2)pH、c(H+)与溶液酸碱性的关系
pH(250C)
c(H+)与c(OH-)关系(任意温度)
溶液的酸碱性
pH<7
c(H+)>c(OH-)
溶液呈酸性,
pH=7
c(H+)=c(OH-)
溶液呈中性
pH>7
c(H+)<c(OH-)
溶液呈碱性,
(3)有关pH的计算
①酸溶液中,Kw=c(H+)·c(OH-)≈c(H+)(酸)·c(OH-)(水)=c(H+)(酸)·c(H+)(水);
碱溶液中,Kw=c(H+)·c(OH-)≈c(OH-)(碱)·c(H+)(水)=c(OH-)(碱)·c(OH-)(水)。
②强酸、强碱溶液稀释的计算
强酸溶液,pH(稀释)=pH(原来)+lgn(n为稀释的倍数)
强碱溶液,pH(稀释)=pH(原来)-lgn(n为稀释的倍数)
酸性溶液无限加水稀释,pH只能接近于7,且仍小于7;碱性溶液无限加水稀释时,pH只能接近于7,且仍大于7。
pH值相同的强酸(碱)溶液与弱酸(碱)溶液稀释相同的倍数时,强酸(碱)溶液pH值的变化比弱酸(碱)溶液pH值的变化幅度大。
③强酸、强碱溶液混合后溶液的pH计算
酸过量→c(H+)→pH
恰好完全反应,pH=7
碱过量→c(OH-)→c(H+)→pH
(三)盐类水解
1.概念:
盐类水解(如F-+H2O
HF+OH-)实质上可看成是两个电离平衡移动的综合结果:
①水的电离平衡向正方向移动(H2O
H++OH-),②另一种弱电解质的电离平衡向逆方向移动(HF
F-+H+)。
也可以看成是中和反应的逆反应,升高温度会促进水解。
2.水解规律:
有弱才水解,无弱不水解,都弱都水解,越弱越水解,谁强显谁性。
(1)多元弱酸盐分步水解,如CO32-+H2O
HCO3-+OH-,HCO3-+H2O
H2CO3+OH-。
(2)通常弱酸根或弱碱的阳离子的水解程度都很小,如0.1mol/LNaAc溶液中Ac-离子的水解百分率不足1%。
(3)同一溶液中有多种离子水解时,若水解显同性,则相互抑制,各离子的水解程度都比同等条件下单一离子的水解程度小,如0.1mol/LNa2CO3和0.1mol/LNaAc混合溶液中CO32-、Ac-的水解程度都要比0.1mol/LNa2CO3溶液,0.1mol/LNaAc溶液中CO32-、Ac-的水解程度小;若水解显不同性,则相互促进,各离子的水解程度都比同等条件下单一离子的水解程度大,如0.1mol/LNH4Cl和0.1mol/LNaAc混合溶液中NH4+、Ac-的水解程度都要比0.1mol/LNH4Cl溶液,0.1mol/LNaAc溶液中NH4+、Ac-的水解程度大。
3.电离平衡与水解平衡的共存
(1)弱酸的酸式盐溶液,如:
NaHSO3、NaH2PO4、NaHS、NaHCO3、Na2HPO4溶液的酸碱性取决于电离和水解程度的相对大小。
(2)弱酸(碱)及弱酸(碱)对应盐的混合溶液,如;HAC与NaAc的混合溶液,NH3H2O与NH4Cl的混合溶液,一般等浓度时,弱酸(碱)的电离要比对应盐的水解强。
4.电解质溶液中的守恒关系
(1)电荷守恒:
电解质溶液中所有阳离子所带有的正电荷数与所有的阴离子所带的负电荷数相等。
如NaHCO3溶液中:
n(Na+)+n(H+)=n(HCO3-)+2n(CO32-)+n(OH-)
(2)物料守恒:
电解质溶液中由于电离或水解因素,离子会发生变化变成其它离子或分子等,但离子或分子中某种特定元素的原子的总数是不会改变的。
如NaHCO3溶液中n(Na+):
n(C)=1:
1,推出:
c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)
(3)质子守恒:
电解质溶液中分子或离子得到或失去质子(H+)的物质的量应相等。
例如在NH4HCO3溶液中H3O+、H2CO3为得到质子后的产物;NH3、OH-、CO32-为失去质子后的产物,故有以下关系:
c(H3O+)+c(H2CO3)=c(NH3)+c(OH-)+c(CO32-)。
(四)沉淀溶解平衡
1.溶度积的概念
难溶电解质AmBn在水溶液中有如下平衡:
AnBm(s)
nAm+(aq)+mBn-(aq)根据化学平衡原理,它的平衡常数表达为:
Ksp=[Am+]n[Bn-]m
Ksp称为溶度积常数,简称溶度积。
(1)Ksp的数值在稀溶液中不受离子浓度的影响,只取决与温度。
温度升高,多数难溶化合物的溶度积增大。
但Ksp受温度影响不大,当温度变化不大时,可采用常温下的数据。
(2)溶度积的大小反映了难溶电解质溶解能力的大小。
对于同种类型基本不水解的难溶强电解质,溶度积越大,溶解度也越大;对于不同类型难溶电解质,就不能简单用Ksp大小来比较溶解能力的大小,必须把溶度积换算程溶解度。
2.溶度积规则
对于难溶电解质AmBn,可以通过比较任意状态时的浓度商Qc与溶度积Ksp的大小判断沉淀的生成与溶解(注意浓度商Qc是任意状态下离子浓度指数的乘积,因此Qc值不固定)。
Qc<Ksp时,若溶液中有固体存在,则沉淀量减少,直至沉积与溶解达到平衡状态;
Qc=Ksp时,沉积与溶解处于平衡状态;
Qc>Ksp时,此时有沉淀析出,直至沉淀与溶解达到平衡状态。
利用该规则既可判断体系中有无沉淀生成,也可通过控制离子浓度,使产生沉淀、沉淀溶解或沉淀发生转化。
(1)沉淀的溶解——创造条件使溶液中Qc<Ksp。
如:
酸碱溶解法、氧化还原溶解法等。
(2)难溶电解质的转化——生成更难溶的电解质。
如:
沉淀溶解和转化的实质:
难溶电解质溶解平衡的移动。
3.综合应用
决沉淀溶解平衡的一般思路:
“看到”粒子——“找到”平衡——“想到”移动
【考点例析】
例1.下列说法正确的是()
A.能导电的物质一定是电解质,不能导电的物质一定是非电解质。
B.难溶于水的物质肯定不是强电解质。
C.纯净的强电解质在液态时,有的导电,有的不导电。
D.强电解质溶液一定比弱电解质溶液的导电性强。
解析:
解答本题需弄清两点:
一是电解质、非电解质、强电解质、弱电解质的概念;二是弄清电解质溶液导电能力与离子浓度的大小,以及离子所带的电荷数有关。
答案:
C
n[Al(OH)3]
n[Al(OH)3]
n[Al(OH)3]
n[Al(OH)3]
例2.(2012安徽理综·13)已知室温下,Al(OH)3的Ksp或溶解度远大于Fe(OH)3。
向浓度均为0.1mol·L—1的Fe(NO3)3和Al(NO3)3混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。
下列示意图表示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系,合理的是
0V(NaOH)
0V(NaOH)
0V(NaOH)
0V(NaOH)
ABCD
解析:
因Ksp[Al(OH)3]>>Ksp[Fe(OH)3],因此向混合溶液中滴加NaOH溶液时,首先应生成Fe(OH)3沉淀,当Fe3+沉淀完全后,再生成Al(OH)3沉淀,继续滴加NaOH溶液,则Al(OH)3+OH-=AlO-2+2H2O,故B项图像符合实际情况。
答案:
B
例3.盐酸、醋酸和碳酸氢钠是生活中常见的物质。
下列表述正确的是()
A.在NaHCO3溶液中加入与其等物质的量的NaOH,溶液中的阴离子只有CO32-和OH-
B.NaHCO3溶液中:
c(H+)+c(H2CO3)=c(OH-)
C.10mL0.10mol·L-1CH3COOH溶液加入等物质的量的NaOH后,溶液中离子的浓度由大到小的顺序是:
c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
D.中和体积与pH都相同的HCl溶液和CH3COOH溶液所消耗的NaOH物质的量相同
解析:
A中,生成Na2CO3溶液,CO32-会发生水解,生成HCO3-,所以A错;
电荷守恒:
c(H+)+c(Na+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)
物料守恒:
c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)
两式相减得:
c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-)所以B错误。
C中,生成NaAc,Ac-水解呈碱性,故C正确;相同pH,相同体积的HCl和HAc,因为HAc为弱酸,所以HAc的物质的量浓度大,HAc所消耗的NaOH的物质的量多,D错。
答案:
C
例4.某温度时,BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。
下列说法正确的是
提示:
BaSO4(s)
Ba2+(aq)+SO42-(aq)的平衡常数
Ksp=c(Ba2+)·c(SO42-),称为溶度积常数。
A.加入Na2SO4可以使溶液由a点变到b点
B.通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
C.d点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
解析:
解答本题的关键是理解Ksp及图像中点、线的含义,然后再结合所学知识不难做出正确的解答。
a点、c点达平衡状态,对应c(Ba2+)和c(SO42-)的乘积等于Ksp,它只受温度影响,与c(Ba2+)或c(SO42-)的变化无关,因此,A选项中随着Na2SO4的加入a点应沿曲线下移,D选项中a点、c点对应的Ksp相等。
b点、d点均未达平衡状态,由于d点对应c(Ba2+)和c(SO42-)的乘积小于的Ksp,故无BaSO4沉淀生成,但蒸发溶液时,c(Ba2+)和c(SO42-)同时增大,d点不可能垂直到达c点。
综合以上分析,答案为C。
答案:
C
例5.反应A(g)+B(g)
C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是______________反应(填“吸热”“放热”);
(2)当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率_____(填“增大”“减小”“不变”),原因是_____________________;
(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
______,原因是_________;
(4)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:
E1_________,E2________(填“增大”“减小、”“不变”)。
解析:
由图可以知道,由于该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量,所以该反应属于放热反应,所以升高温度,平衡向逆反应进行,所以A的转化率减小;当在反应体系中加入催化剂,能同倍数改变化学反应速率,因此对化学平衡的移动无影响,即对反应热也无影响。
因为化学反应速率增大,所以E1和E2同时降低。
答案:
(1)放热。
(2)减小;该反应正反应为放热反应,升高温度使平衡向逆反应方向移动。
(3)不影响;催化剂不改变平衡的移动。
(4)减小、减小。
例6.黄铁矿(主要成分为FeS2)是工业制取硫酸的重要原料,其煅烧产物为SO2和Fe3O4。
(1)将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)在一定条件下达到平衡,测得c(SO3)=0.040mol/L。
计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率(写出计算过程)。
(2)已知上述反应是放热反应,当该反应处于平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有(填字母)
(A)升高温度(B)降低温度(C)增大压强
(D)减小压强(E)加入催化剂(G)移出氧气
(3)SO2尾气用饱和Na2SO3溶液吸收可得到重要的化工原料,反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后,加入铁粉,可制备FeSO4。
酸溶过程中需保持溶液足够酸性,其原因是__________________________________________________。
解析:
本题考查学生对化学反应可逆性、化学平衡、化学平衡常数和影响化学平衡的外界条件的了解;考查学生对盐类的水解、常见非金属元素硫及其重要化合物的主要性质及其对环境质量影响的了解;考查学生计算平衡常数和平衡转化率的能力以及学生对化学平衡和元素化合物知识的综合应用及知识迁移能力。
答案:
(1)解:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
起始浓度/mol·L-10.0500.0300
平衡浓度/mol·L-1(0.050-0.040)(0.030-0.040/2)0.040
=0.010=0.010
所以,K=
=
=1.6×103mol·L-1。
SO2的平衡转化率=
×100%=80%。
(2)B、C。
(3)SO2+H2O+Na2SO3=2NaHSO3。
(4)抑制Fe2+、Fe3+的水解,防止Fe2+被氧化成Fe3+。
例7.工业上制备BaCl2的工艺流程图如下:
某研究小组在实验室用重晶石(主要成分BaSO4)对工业过程进行模拟实验。
查表得
BaSO4(s)+4C(s)
4CO(g)+BaS(s)△H1=571.2kJ·mol-1①
BaSO4(s)+2C(s)
2CO2(g)+BaS(s)△H2=226.2kJ·mol-1②
(1)气体用过量NaOH溶液吸收,得到硫化钠。
Na2S水解的离子方程式为。
(2)向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr,当两种沉淀共存时,
=。
[Ksp(AgBr)=5.4×10-13,Ksp(AgCl)=2.0×10-10]
(3)反应C(s)+CO2(g)
2CO(g)的△H2=kJ·mol-1。
(4)实际生产中必须加入过量的炭,同时还要通入空气,其目的是
,。
解析:
(1)S2-+H2O
HS-+OH-;HS-+H2O
H2S+OH-(可不写);
(2)2.7×10-3;
(3)172.5;(4)使BaSO4得到充分的还原(或提高BaS的产量)。
①②为吸热反应,炭和氧气反应放热维持反应所需高温。
【专题训练】
1.用食用白醋(醋酸浓度约为1mol/L)进行下列实验,能证明醋酸为弱电解质的是()
A.白醋中滴入石蕊试液呈红色
B.白醋加入豆浆中有沉淀产生
C.蛋壳浸泡在白醋中有气体放出
D.pH试纸显示醋酸的pH为2~3
2.25℃时,水的电离达到平衡:
H2O
H++OH-;H>0,下列叙述正确的是()
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,c(OH-)降低
B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,c(H+)增大,KW不变
C.向水中加入少量固体CH3COONa,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.将水加热,KW增大,pH不变
3.有①②③三瓶体积相等、浓度都是1mol·L-1的HCl溶液,将①加热蒸发至体积减少一半,在②中加入少量CH3COONa固体(加入后溶液仍呈强酸性),③不作改变,然后以酚酞作指示剂,用NaOH溶液滴定上述三种溶液,所消耗的NaOH溶液的体积是()
A.①=③>②B.③>②>①C.③=②>①D.①=②=③
4.氯气溶于水达到平衡后,若其他条件不变,只改变某一条件,下列叙述正确的是()
A.再通入少量氯气,c(H+)/c(ClO-)减小
B.通入少量SO2,溶液漂白性增强
C.加入少量固体NaOH,一定有c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)
D.加入少量水,水的电离平衡向正反应方向移动
5.常温下,某溶液中由水电离出来的c(H+)=1.0×10-13mol·L-1,该溶液可能是()
①二氧化硫②氯化铵水溶液③硝酸钠水溶液④氢氧化钠水溶液
A.①④B.①②C.②③D.③④
6.有①Na2CO3溶液、②CH3COONa溶液、③NaOH溶液各25mL,物质的量浓度均为0.1mol/L,下列说法正确的是()
A.三种溶液pH的大小顺序是③>②>①
B.若将三种溶液稀释相同倍数,pH变化最大的是②
C.若分别加入25mL0.1mol/L盐酸后,pH最大的是①
D.若三种溶液的pH均为9,则物质的量浓度的大小顺序是③>①>②
7.在25℃时,将pH=11的NaOH溶液与pH=3的CH3COOH溶液等体积混合后,下列关系式中正确的是()
A.c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)
B.c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
C.c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
D.c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)
8.某酸性溶液中只有Na+、CH3COO-、H+、OH-四种离子。
则下列描述正确的是()
A.该溶液由pH=3的CH3COOH与pH=11的NaOH溶液等体积混合而成
B.该溶液由等物质的量浓度、等体积的NaOH溶液和CH3COOH溶液混合而成
C.加入适量的NaOH,溶液中离子浓度为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)
D.加入适量氨水,c(CH3COO-)一定大于c(Na+)、c(NH4+)之和
9.已知乙酸(HA)的酸性比甲酸(HB)弱,在物质的量浓度均为0.1mol/L的NaA和NaB混合溶液中,下列排序正确的是()
A.c(OH)>c(HA)>c(HB)>c(H+)B.c(OH-)>c(A-)>c(B-)>c(H+)
C.c(OH-)>c(B-)>c(A-)>c(H+)D.c(OH-)>c(HB)>c(HA)>c(H+)
10.“碘钟”实验中,3I-+
=I3-+2SO42-的反应速率可以用I3-与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量,t越小,反应速率越大。
某探究性学习小组在20℃进行实验,得到的数据如下表:
实验编号
①
②
③
④
⑤
c(I-)/mol·L-1
0.040
0.080
0.080
0.160
0.120
c(
)/mol·L-1
0.040
0.040
0.080
0.020
0.040
t/s
88.0
44.0
22.0
44.0
t1
回答下列问题:
(1)该实验的目的是___________________________________________________。
(2)显色时间t1=______________。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在40℃下进行编号③对应浓度的实验,显色时间t2的范围为______(填字母)。
A.<22.0sB.22.0s~44.0sC.>44.0sD.数据不足,无法判断
(4)通过分析比较上表数据,得到的结论是_____________________________________。
11.氮化硅是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
□SiO2+□C+□N2
□Si3N4+□CO
(1)配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在方框内);
(2)该反应中的氧化剂是_
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