3.1 电离平衡-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 学 习 目 标 1. 了解强电解质、 弱电解质的概念。 2. 会书写电离平衡方程式。 3. 认识弱电解质的电离平衡及其影响因素。 4. 了解电离平衡常数的含义并能进行相关 计算。 知 识 梳 理 知识点 1 强电解质和弱电解质的概念 1. 强电解质与弱电解质的比较 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 第一节 电离平衡 强电解质 弱电解质 概念 水溶液中全部电离 的电解质 水溶液中部分电离 的电解质 相同点 都是电解质， 在水溶液中或熔融状态下 都能电离， 都能导电， 与溶解度大小无关 完全电离 部分电离 不可逆过程 可逆过程， 存在电 离平衡 电离方程式用 “ ” 电离方程式用 “ ” 离子 离子， 弱电解质分子 实例 强酸： HCl 、 HNO 3 、 H 2 SO 4 、 HBr 、 HI 、 HClO 4 等； 弱酸 ： HF 、 HClO 、 H 2 S 、 H 2 SO 3 、 HNO 2 、 H 3 PO 4 、 H 2 CO 3 、 不 同 点 电离 程度 电离 过程 表示 方法 溶液 中溶 质微 粒 续表 强电解质 弱电解质 实例 强碱： KOH 、 NaOH 、 Ba （ OH ） 2 、 Ca （ OH ） 2 等； 绝大多数盐： BaSO 4 、 AgCl 、 CaCO 3 、 NaCl 等 H 2 SiO 3 、 HCOOH 、 CH 3 COOH 等； 弱碱： NH 3 · H 2 O 、 Al （ OH ） 3 等不溶 性碱； 水： H 2 O 温馨提示 （ 1 ） CaCO 3 、 Fe （ OH ） 3 的溶解度都很小， 但二者溶解的部分中 ， CaCO 3 完 全电离， 故 CaCO 3 属于强电解质； 而 Fe （ OH ） 3 部分电离， 故 Fe （ OH ） 3 属 于弱电解质。 CH 3 COOH 、 HCl 的溶 解度都很大， HCl 完全电离， 属于 强电解质， 而 CH 3 COOH 部分电离， 属于弱电解质。 因此， 电解质的强 弱与其溶解度大小无必然联系， 区 分强弱电解质， 就看溶解的部分是 否完全电离。 （ 2 ） 电解质的强弱与溶液导电性的强弱也 无必然联系。 溶液导电性的强弱取决 于溶液中离子浓度大小、 离子所带电 荷数多少， 浓的弱电解质可能比稀的 强电解质导电能力强， 只有在相同条 件 （浓度、 温度） 下， 强电解质才比 弱电解质导电能力强。 如同温、 同浓 度下盐酸比醋酸导电能力强。 52 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 2. 电离方程式的书写 （ 1 ） 强电解质用 “ ”， 弱电解质用 “ ”。 如： H 2 SO 4 2H + +SO 2- 4 ； NaHSO 4 Na + +H + +SO 2- 4 ； NaHSO 4 （熔融） Na + +HSO - 4 ； Ca （ HCO 3 ） 2 Ca 2+ +2HCO - 3 CH 3 COOH CH 3 COO - +H + ； NH 3 · H 2 O NH + 4 +OH - ； H 2 O H + +OH - （ 2 ） 多元弱酸分步电离， 必须分步写出， 不 可合并 （其中以第一步电离为主）， 如 碳酸电离方程式： H 2 CO 3 H + +HCO - 3 ； HCO - 3 H + +CO 2- 3 （ 3 ） 多元弱碱分步电离 （比较复杂）， 在中 学阶段要求一步写出， 如氢氧化铁电离 方程式： Fe （ OH ） 3 Fe 3+ +3OH - （ 4 ） 两性氢氧化物双向电离， 如： H + +AlO - 2 +H 2 O Al （ OH ） 3 Al 3+ +3OH － （ 5 ） 弱酸的酸式盐强中有弱， 如： NaHCO 3 Na + +HCO － 3 、 HCO － 3 H + +CO 2－ 3 知识点 2 弱电解质的电离平衡 1. 电离平衡的概念： 在一定条件 （如温度、 浓度） 下， 当弱电解质分子电离成离子的 速率和离子重新结合成分子的速率相等 时， 电离过程就达到了平衡状态。 2. 电离平衡的特征 弱电解质的电离平衡属于化学平衡中的 一种， 具有以下一些特征： “逆” ——弱电解质的电离是可逆的； “动” ——电离平衡是动态平衡； “等” —— v （离子化） =v （分子化） ≠0 ； “定” ——在电离平衡状态时， 溶液中 分子和离子的浓度保持不变； “变” ——电离平衡是相对的、 暂时的， 当外界条件改变时， 平衡就会发生移动。 3. 外界条件对电离平衡的影响 （ 1 ） 以 0 . 1 mol · L - 1 醋酸溶液为例分析 ： CH 3 COOH CH 3 COO - +H + ； ΔH＞0 改变条件 平衡移 动方向 n （ H + ） c （ H + ） c （ CH 3 COO － ） c （ CH 3 COOH ） 电离程度 导电能力 K a 加水稀释 向右 增大 减小 减小 减小 增大 减弱 不变 加入少量冰醋酸 向右 增大 增大 增大 增大 减小 增强 不变 加入 HCl （ g ） 向左 增大 增大 减小 增大 减小 增强 不变 加入 NaOH （ s ） 向右 减小 减小 增大 减小 增大 增强 不变 加入 CH 3 COONa （ s ） 向左 减小 减小 增大 增大 减小 增强 不变 加入镁粉 向右 减小 减小 增大 减小 增大 增强 不变 升高温度 向右 增大 增大 增大 减小 增大 增强 增大 53 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） （ 2 ） 以 0.1 mol · L -1 氨水为例分析电离平衡： NH 3 · H 2 O NH + 4 +OH － ； ΔH＞0 。 在此电 离平衡体系中， 若按下列情况变动， 将 变 化 情 况 （增 大 用 “ ↑ ” ， 减 小 用 “ ↓ ”， 向左用 “ ← ”， 向右用 “ → ”） 填 入下表。 知识点 3 电离平衡常数 1. 定义： 与其他化学平衡类似， 在一定条件 下， 当弱电解质的电离达到平衡时， 溶液 里各组分的浓度之间存在一定的关系。 对 于一元弱酸或一元弱碱来说， 溶液中弱电 解质电离所生成的各种离子浓度的乘积， 与溶液中未电离分子的浓度之比是个常 数， 这个常数叫做电离平衡常数， 简称电 离常数。 2. 表达式 CH 3 COOH CH 3 COO - +H + K a = c （ H + ）· c （ CH 3 COO - ） c （ CH 3 COOH ） NH 3 · H 2 O NH + 4 +OH - K b = c （ NH + 4 ）· c （ OH - ） c （ NH 3 · H 2 O ） 温馨提示 （ 1 ） 电离平衡属于化学平衡， 受外界条 件如温度和浓度等因素的影响， 其 规律遵循勒夏特列原理。 升高温度， 平衡向电离方向移动， 这是因为电 离是吸热过程。 （ 2 ） 电离程度相当于 CH 3 COOH 达到电 离 平 衡 时 ， CH 3 COOH 的 转 化 率 （ α ）。 弱电解质溶液的浓度越小， 电 离程度越大。 加水稀释， 平衡右移 （即 “越稀越电离”）， 氢离子数目增 多， 但溶液体积增大导致氢离子浓 度减小。 （ 3 ） 用水稀释冰醋酸时下列各量随加水 量的变化曲线如下： 开始时冰醋酸中无氢离子， 随着水 的不断加入， 氢离子浓度先增大， 后因 溶液体积增大导致氢离子浓度减小。 升 温 通氨 气 加 水 加 NaOH （固） 加 NH 4 Cl （固） 通 CO 2 电离平衡 移动方向 → → → ← ← → n （ OH － ） ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ c （ OH - ） ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ c （ NH 3 · H 2 O ） ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↓ 导电能力 ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ 升 温 通氨 气 加 水 加 NaOH （固） 加 NH 4 Cl （固） 通 CO 2 续表 温馨提示 电离常数的特点 （ 1 ） 电离平衡常数的意义 ： K 值越大 ， 说明电离程度越大， 酸性或碱性也 就越强； K 值越小， 说明电离程度 越小， 离子结合成分子就越容易， 酸碱性就越弱。 所以可以用 K a 或 K b 的大小判断弱电解质的相对强弱。 各 量 离子数目 c （ H + ）导电性 加水量 V O 54 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 要 点 精 析 要点 1 强电解质和弱电解质的判断 典例 1 下列物质中： （ 1 ） 属于电解质的是 ； （ 2 ） 属于非电解质的是 ； （ 3 ） 属于强电解质的是 ； （ 4 ） 属于弱电解质的是 ； （ 5 ） 能 （ 2 ） 影响 K 的外界条件： 对于同一电解 质的稀溶液来说， K 只随温度的变 化而变化， 不随浓度改变而改变 。 一般温度升高， K 值变大。 若不指 明温度， 一般指 25 ℃ 。 CH 3 COOH CH 3 COO - +H + K=1.75×10 -5 （ 25 ℃ ） （ 3 ） 多元弱酸 （碱） 的各级电离平衡常 数的大小关系是 K a 1 垌K a 2 垌K a 3 （ K b 1 垌 K b 2 垌K b 3 ）， 故其酸 （碱） 性强弱主 要取决于第一步电离常数。 多元弱酸分步电离， 酸 （碱） 性主 要由第一步电离决定： 例： H 2 CO 3 HCO - 3 +H + K a 1 =4.4×10 -7 HCO - 3 CO 2- 3 +H + K a 2 =4.7×10 -11 又如 H 3 PO 4 的电离： H 3 PO 4 H + +H 2 PO - 4 K a 1 =7.1×10 -3 H 2 PO - 4 H + +HPO 2- 4 K a 2 =6.3×10 -8 HPO 2- 4 H + +PO 3- 4 K a 3 =4.2×10 -13 注： ① 第一步电离产生的 H + 对第二 步、 第三步电离产生抑制， 一般是 K a 1 垌 K a 2 垌K a 3 。 ② 酸性： H 3 PO 4 >H 2 CO 3 教材拓展 如何计算醋酸溶液中的 c （ H ＋ ）和 c （ OH － ）？ 在 CH 3 COOH 溶液中同时存在水的 电离平衡和醋酸的电离平衡， 其中醋酸 的电离能力远强于水的电离能力。 醋酸 电离出较多的 H ＋ ， 促使水的电离平衡向 结合成水分子的方向移动， 抑制了水的 电离， 因此 CH 3 COOH 溶液中绝大部分 的 H ＋ 是由醋酸电离产生的， 由水电离产 生的 H ＋ 极少。 当然， 溶液中还存在着极 少量由水电离产生的 OH － 。 利用电离平衡常数可以计算醋酸溶 液中 H ＋ 和 OH － 的浓度 。 25 ℃ 时 ， 醋酸 的电离常数 K a 为 1.7×10 －5 ， 设浓度为 0.10 mol · L －1 的 CH 3 COOH 溶液中醋酸电 离达到平衡时 H ＋ 的浓度为 x 。 CH 3 COOH H ＋ ＋CH 3 COO － 初始浓度 0.10 mol · L －1 0 0 平衡浓度 0.10 mol · L －1 －x x x K a ＝ c （ H ＋ ）· c （ CH 3 COO － ） c （ CH 3 COOH ） ＝ x 2 0.10－x 当 K a 数值很小时 ， x 的数值很小 ， 可做近似处理 ： 0.10－x≈0.10 mol · L －1 ， 所以 K a ＝ x 2 0.10 x＝ K a ×0.1 姨 ＝ 1.7×10 －5 ×0.10 姨 ＝1.3×10 －3 即 c （ H ＋ ） ＝1.3×10 －3 mol · L －1 ， c （ OH － ） ＝ K w c （ H ＋ ） ＝ 1.0×10 －14 1.3×10 －3 ＝7.7×10 －12 mol · L -1 55 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 导电的是 。 （均填字母序号） A. NaOH 溶液 B. Cu C. 冰醋酸 D. 稀硫酸 E. 蔗糖溶液 F. BaSO 4 G. 氨水 H. CuSO 4 晶体 I. 熔化的 KOH J. 无水乙醇 解析： 单质、 混合物既不是电解质， 也不是 非电解质， 应先将这些物质排除。 冰醋酸是 纯醋酸， 而稀硫酸是 H 2 SO 4 的水溶液 。 第 （ 1 ） ～ （ 4 ） 空根据电解质、 非电解质、 强电 解质、 弱电解质的概念进行判断。 （ 5 ） 离 子化合物在水溶液里、 熔融状态下能导电， 共价化合物中的电解质在水溶液里能导电， 金属单质和部分非金属单质能导电。 答案： （ 1 ） C 、 F 、 H 、 I （ 2 ） J （ 3 ） F 、 H 、 I （ 4 ） C （ 5 ） A 、 B 、 D 、 G 、 I 变式训练 1 关于强弱电解质及非电解质的组合完全 正确的是 （ ） 要点 ２ 强电解质和弱电解质的比较 典例 2 H ＋ 浓度相同的等体积的两份溶液 A 和 B ， A 为盐酸 ， B 为醋酸 ， 分别和锌反 应， 若最后仅有一份溶液中存在锌， 且放出 的氢气的体积相等， 则下列说法正确的是 （ ） ① 反应所需要的时间 B>A ② 开始反应 时的速率 A>B ③ 参加反应的锌的物质的量 A＝B ④ 反应过程的平均速率 B>A ⑤ 盐酸 里有锌剩余 ⑥ 醋酸里有锌剩余 A. ③④⑤ B. ③④⑥ C. ②③⑤ D. ②③⑥ 解析： H ＋ 浓度相同的等体积的两份溶液 A 和 B ， A 为盐酸， B 为醋酸， 分别和锌反应， 若最后仅有一份溶液中存在锌， 且放出的氢 气的体积相等， 由于醋酸部分电离， 其酸的 浓度大于氢离子浓度， 盐酸中 HCl 的浓度等 于氢离子的浓度， 所以醋酸的浓度大于 HCl 的浓度， 则盐酸中锌粉剩余。 ① 由于醋酸中 酸过量， 且反应过程中氢离子浓度大， 反应 较快， 因此反应所用的时间 A>B ， 故错误； ② 开始时 pH 相同， 则氢离子浓度相同， 所 以开始时反应速率 A=B ， 故错误； ③ 由于生 成的氢气体积相同， 所以参加反应的锌粉物 质的量 A=B ， 故正确； ④ 醋酸的浓度大于盐 酸的浓度， 则醋酸中反应速率大， 所以反应 过程中的平均速率 B>A ， 故正确； ⑤⑥ 醋酸 的浓度大于盐酸的浓度， 醋酸有剩余， 则盐 酸中有锌粉剩余， 故 ⑤ 正确。 答案： A 变式训练 2 在一定温度下 ， 有 a． 盐酸 ， b． 硫酸 ， c． 醋酸三种酸， 用字母表示， 回答下列问题。 （ 1 ） 当三种酸物质的量浓度相同时 ， c （ H + ）由大到小的顺序是 。 （ 2 ） 同体积、 同物质的量浓度的三种 酸， 中和 NaOH 的能力由大到小的顺序是 。 （ 3 ） 若三者 c （ H + ） 相同时， 物质的量浓 选项 A B C D 强电 解质 NaCl H 2 SO 4 CaCO 3 HNO 3 弱电 解质 HF BaSO 4 HClO 4 H 2 O 非电 解质 Cl 2 CO 2 C 2 H 5 OH SO 2 56 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 度由大到小的顺序是 。 （ 4 ） 将 c （ H + ）相同且体积也相同的三种 酸， 分别与等浓度的 NaOH 稀溶液反应至 pH=7 ， 则消耗 NaOH 溶液的体积大小关系 为 。 （ 5 ） 将 c （ H + ）相同的三种酸均加水稀释 至原来的 100 倍后， c （ H + ） 由大到小的顺序 是 。 要点 3 电离方程式的书写 典例 3 下列电离方程式中 ， 正确的是 （ ） A. CH 3 COONa CH 3 COO - +Na + B. H 2 CO 3 2H + +CO 2- ３ C. H 2 PO - 4 +H 2 O HPO 2- 4 +H 3 O + D. NH 3 · H 2 O NH + 4 +OH - 解析： 溶液中的 H + 实际是以 H 3 O + 形式存在 的， 故 H + 可以写成 H 3 O + 。 A 项应用 “ ” 符号， B 项应分步写出， D 项应用 “ ” 符号。 答案： C 变式训练 3 下列电离方程式书写正确的是 （ ） A． Mg （ OH ） 2 Mg 2+ +2OH - B． NaHCO 3 Na + +H + +CO 2- 3 C． H 2 CO 3 2H + +CO 2- 3 D． CH 3 COONH 4 CH 3 COO - +NH + 4 要点 4 影响电离平衡的因素 典例 4 在 0.1 mol/L CH 3 COOH 溶液中存在 如下电离平衡： CH 3 COOH CH 3 COO － ＋H ＋ ， 对于该平衡， 下列叙述正确的是 （ ） A. 温度升高， 平衡向逆反应方向移动 B. 加入少量 NaOH 固体， 平衡向正反应方 向移动 C. 加入少量 0.1 mol/L HCl 溶液 ， 溶液中 c （ H ＋ ）减小 D. 加入少量醋酸钠固体， CH 3 COOH 的电离 程度增大 解析： 加入水、 加热促进弱电解质的电离， 加酸抑制弱酸的电离， 加入与弱电解质电离 出相同的离子抑制其电离。 醋酸的电离吸 热， 升高温度， 促进醋酸电离， 故 A 错误； 加入少量氢氧化钠， 氢氧化钠和氢离子反应 生成水， 所以促进醋酸电离， 故 B 正确； 盐 酸中含有氢离子， 向醋酸中加入盐酸溶液， 氢离子浓度增大， 故 C 错误； 加入醋酸钠固 体， 醋酸钠中含有醋酸根离子， 所以抑制醋 酸电离， 则醋酸的电离程度减小， 故 D 错误。 答案： B 变式训练 4 欲使 0.1 mol · L -1 NaHCO 3 溶液中 c （ H + ）、 c （ CO 2- 3 ）、 c （ HCO - 3 ） 都减小， 其方法是 （ ） A． 加入饱和石灰水溶液 B． 通入氯化氢气体 C． 加入氢氧化钾固体 D． 通入二氧化碳气体 变式训练 5 25 ℃ 时 ， 醋酸溶液中存在电离平衡 ： CH 3 COOH CH 3 COO - +H + ， 下列说法正确的 是 （ ） A. 向体系中加入少量 CH 3 COONa 固体， 平 衡向左移动， c （ CH 3 COO - ） 下降 B. 向体系中加水稀释， 平衡向右移动， 溶 57 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 液中所有离子的浓度都减小 C. 加入少量 NaOH 固体 （忽略溶解热效 应）， 平衡向右移动， 水的电离程度也随 之增大 D. 升高体系温度 （忽略醋酸挥发）， 溶液中 H + 数目增多， 平衡一定向左移动 要点 5 电离平衡常数 典例 5 下表是常温下某些一元弱酸的电离 常数： 则 0.1 mol/L 的下列溶液中， c （ H ＋ ）最大的是 （ ） A. HCN B. HF C. CH 3 COOH D. HNO 2 解析： 同一温度下， 酸的电离常数越大其酸 性越强， 根据酸的电离常数知， 酸性最强的 是 HF ， 最弱的是 HCN ， 则酸等浓度时氢离 子浓度最大、 酸性最强的是 HF 。 答案： B 变式训练 6 已知 HCN 溶液中存在电离平衡 HCN H + +CN - ， 平衡常数为 K a 。 现对 HCN 溶液做 如下处理， 其中叙述正确的是 （ ） A． 加入 NaOH 溶液， 平衡正向移动， c （ H + ） 减小， K a 增大 B． 加水稀释， 平衡正向移动， c （ H + ）增大 C． 增大 HCN 的浓度， 平衡正向移动， K a 不变 D． 加入 NaCN 固体， 平衡逆向移动， K a 减小 变式训练 7 已知 25 ℃ 时有关弱酸的电离平衡常数 如下表所示， 则下列有关说法不正确的是 （ ） A． 等物质的量浓度的各溶液 pH 关系为 pH （ CH 3 COOH ） <pH （ H 2 CO 3 ） <pH （ HCN ） B． 0.1 mol/L 的醋酸溶液加水稀释， 其电离 程度增大 C． NaCN 中通入少量 CO 2 发生的化学反应为 NaCN+CO 2 +H 2 O HCN+NaHCO 3 D． H 2 CO 3 的电离常数表达式： K a 1 = c 2 （ H + ）· c （ CO 2- 3 ） c （ H 2 CO 3 ） 要点 6 电解质溶液的导电性和导电能力 典例 6 下列各组物质的反应中， 溶液的导 电性比反应前明显增强的是 （ ） A. 向亚硫酸钠溶液中通入适量氯气 B. 向硝酸银溶液中通入少量 HCl C. 向氢氧化钠溶液中通入少量 Cl 2 D. 向 NaOH 溶液中加入醋酸 解析： 溶液的导电性强弱主要决定于溶液中 离子的浓度和离子所带电荷的多少。 离子浓 度越大， 所带的电荷量越多， 导电性越强。 写出各选项的离子方程式或化学方程式： A. SO 2－ 3 ＋Cl 2 ＋H 2 O SO 2－ 4 ＋2Cl － ＋2H ＋ ， B. AgNO 3 ＋ HCl AgCl↓＋HNO 3 ， C. 2OH － ＋Cl 2 Cl － ＋ ClO － ＋H 2 O ， D. OH － ＋CH 3 COOH CH 3 COO － ＋ H 2 O 。 可以看出： A 项中离子的物质的量明 弱酸 HCN HF CH 3 COOH HNO 2 电离 常数 6.2×10 －10 6.8×10 －4 1.8×10 －5 6.4×10 －6 弱酸化 学式 CH 3 COOH HCN H 2 CO 3 电离平 衡常数 1.8×10 -5 4.9×10 -10 K 1 =4.3×10 -7 K 2 =5.6×10 -11 58 学 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 显增大， 离子的物质的量浓度明显增大； B 项中部分 Ag ＋ 换成了 H ＋ ， C 项中 2 个 OH － 变 成 1 个 Cl － 和 1 个 ClO － ， D 项中部分 OH － 换 成了 CH 3 COO － ， 离子的物质的量浓度基本 不变。 答案： A 变式训练 8 下列有关溶液导电能力的说法错误的是 （忽略溶液混合时的体积变化） （ ） A． 向氢氧化钡溶液中逐滴加入硫酸铜溶液 至过量， 溶液的导电能力先减弱后增强 B． 醋酸溶液中加入适量烧碱溶液， 溶液的 导电能力减弱 C． 盐酸的导电能力不一定比醋酸溶液强 D． 向氯化钠溶液中加入少量硝酸银溶液 ， 溶液的导电能力几乎不变 变式训练答案 1. D 2. （ 1 ） b>a>c （ 2 ） b>a=c （ 3 ） c>a>b （ 4 ） c>a=b （ 5 ） c>a=b 3. A 4. A 5. C 6. C 7. D 8. B 59