3.2 弱电解质的电离-人体内的酸碱平衡 课件-2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

鲁科版高中化学选择性必修1 人体内的酸碱平衡 ——探秘血液中 H2CO3-NaHCO3 缓冲体系的H2CO3 1 2 研究表明，人体血液中存在着 H2CO3-NaHCO3 等缓冲体系，通过 平衡的移动起到稳定血液pH的作用，这一过程是如何进行的呢？ 【情境引入】 你对碳酸了解多少呢？因为碳酸是多元弱酸，电离比较复杂，因此先研究一元弱酸醋酸来代替分析。 3 思考任务一 如何用实验证明醋酸是弱电解质？ 醋酸在水中电离达到最大限度时，各微粒浓度有何特点？ 用pH传感器分别测定0.1mol/L盐酸和醋酸溶液pH 电离 结合 CH3COOH CH3COO- + H+ 【探究活动1】弱电解质的电离平衡 醋酸是弱电解质，如何用实验证明呢？作为弱电解质，醋酸分子在水溶液中部分电离，电离达到最大限度时，各微粒浓度怎么变？如何用化学语言表示醋酸在水溶液中的行为呢？醋酸电离生成醋酸根和氢离子，中间用可逆号连接，向正反应方向进行代表分子电离成离子，向逆反应方向进行表示离子结合成分子。 Ka= c平(CH3COO-) .c平(H+) c平(CH3COOH) 【探究活动1】弱电解质的电离平衡 CH3COOH CH3COO- + H+ 等浓度的盐酸pH数值比醋酸的小，说明醋酸部分电离氢离子，并且浓度保持稳定不变，可以得出弱电解质在水溶液中存在电离平衡的结论，电离平衡属于化学平衡，对于化学平衡可以用化学平衡常数K来定量描述反应进行的限度，那么是否可以用一个电离平衡常数来定量表征弱电解质的电离能力大小呢？请类比化学平衡常数写出醋酸的电离平衡常数表达式。 多元弱酸的电离是分步进行的，每一步各有电离常数，通常用Ka1、Ka2、Ka3等来分别表示， 写出H2CO3的电离常数表达式。 H2CO3 H+ + HCO3- ⇌ HCO3- H+ + CO32- ⇌ Ka1= c平(H2CO3) c平(H+) .c平(HCO3-) Ka2= c平(H+) .c平(CO32-) c平(HCO3-) =4.2×10-7mol . L-1 =5.6×10-11mol . L-1 ≫ 【探究活动1】弱电解质的电离平衡 以上均为室温的数据 碳酸的电离常数如何表示呢?多元弱酸的电离是分步进行的，每一步各有电离常数，通常用Ka1、Ka2、Ka3等来分别表示，写出H2CO3的电离常数表达式。查阅资料得到碳酸在室温下的Ka1、Ka2数量级分别是10-7和10-11，相差如此之大，说明碳酸以第一步电离为主 评价任务三 在正常体温时，人体血液中H2CO3的一级电离常数Ka1约为10-6.1， c(HCO3-) c(H2CO3) ≈20，lg2≈0.3。由此可算得正常人血液的pH数值约为多少？ 正常人血液的pH相当稳定，通常保持在7.35-7.45。 如果超出这一范围，机体的酸碱平衡将被打破，严重时可危及生命。 【探究活动1】弱电解质的电离平衡 通过计算可得，正常人血液的pH数值约为7.4，和查阅资料获得的数据基本一致。如果超出这一范围，机体的酸碱平衡将被打破，严重时可危及生命。请同学们思考，改变哪些条件能影响平衡移动呢？人体温度高于室温，电离常数变大，说明温度可以改变平衡移动。还有浓度也会影响平衡移动。 Ka= c平(CH3COO-) .c平(H+) c平(CH3COOH) Q=Ka 处于平衡状态 Q<Ka 向电离方向进行 Q>Ka 向结合方向进行 【探究活动2】影响弱电解质电离平衡的外因 Q= c(CH3COO-) .c(H+) c(CH3COOH) 电离 结合 CH3COOH CH3COO- + H+ 以醋酸为例，改变温度或浓度是如何影响平衡移动的呢？类比化学平衡中借助浓度商和平衡常数数值的大小比较，如何进行判断呢？ 8 表1：不同温度下CH3COOH的 Ka 温度 Ka 0℃ 1.66×10-5 10℃ 1.73×10-5 25℃ 1.75×10-5 通过比较 Q 和 Ka 的数值大小，分析改变温度，平衡移动的方向？ 升高温度，Ka 值增大，Q<Ka，向电离方向进行 降低温度，Ka 值减小，Q>Ka，向结合方向进行 【探究活动2】影响弱电解质电离平衡的外因 思考任务二 电离 结合 CH3COOH CH3COO- + H+ 查阅资料得到不同温度下醋酸电离常数的数值变化，升温时，Ka增大，说明电离是吸热过程，升温向正反应方向移动，从而使弱电解质的电离程度增大 9 分析当改变下列外界条件时，各微粒浓度和Q的数值如何改变？电离平衡向正反应方向还是逆反应方向移动？ 条件改变 c(CH3COO-) c(H+) c(CH3COOH) 电离平衡移动方向 加冰醋酸 加水 Q= c(CH3COO-) .c(H+) c(CH3COOH) 以0.1mol/LCH3COOH溶液为例 向正反应方向 减小 减小 减小 减小 不变 不变 增大 减小 向正反应方向 【探究活动2】影响弱电解质电离平衡的外因 CH3COOH CH3COO- + H+ 思考任务三 但是电离过程的热效应较小，在温度变化不大的情况下， 一般不考虑通过改变温度来调控电离平衡，在一定温度下，浓度又是如何影响电离平衡的呢？ 10 . 药品： 蒸馏水、0.1mol/L CH3COOH溶液、冰醋酸 【探究活动2】影响弱电解质电离平衡的外因 序号 实验步骤 实验结果（pH） 电离平衡 移动方向 实验一 量取20mL 0.1 mol/LCH3COOH溶液于烧杯中，测定溶液的pH 实验二 向实验一溶液中再加2滴管冰醋酸，搅拌均匀，再测溶液的pH 实验三 另外量取10mL 0.1 mol/LCH3COOH溶液于烧杯中，再加水稀释到100mL，搅拌均匀，再测溶液的pH 如果是盐酸加等体积水稀释，pH会减小0.3，现在醋酸的变化量小于0.3，说明电离平衡正向移动，生成了一些氢离子。 11 如何根据微粒间的相互作用定性分析浓度影响电离平衡？ 通入HCl气体 HCl = H+ + Cl- 加CH3COONa固体 CH3COONa = CH3COO- + Na+ 加NaOH固体 NaOH = Na+ + OH- CH3COOH CH3COO- + H+ 平衡正向移动 平衡逆向移动 平衡逆向移动 改变条件 分析行为 分析相互作用 分析作用结果 【探究活动2】影响弱电解质电离平衡的外因 思考任务四 思维建模 在分析浓度对电离平衡移动的影响时，除了可以分析Q与K的大小关系进行定量分析外，也能根据外加微粒的性质分析微粒间的相互作用，从而定性分析电离平衡移动 12 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 【探究活动3】血液中H2CO3的电离平衡 pH<7.35 酸中毒：心慌、乏力、痛风等 人体如何调节？ 研究表明，人体血液中存在着 H2CO3-NaHCO3 等缓冲体系，通过 平衡的移动起到稳定血液pH的作用，这一过程是如何进行的呢？ 当代谢产生的酸进入血液时，血液中的碳酸氢根和氢离子反应生成碳酸，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳从肺部呼出，上述平衡逆向移动，及时将进入的氢离子从血液中除去，从而维持血液的pH基本不变 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 【探究活动3】血液中H2CO3的电离平衡 pH>7.45 碱中毒：呕吐、胸闷、四肢抽搐等 人体如何调节？ 当代谢产生的酸进入血液时，血液中的碳酸氢根和氢离子反应生成碳酸，碳酸分解生成二氧化碳，二氧化碳从肺部呼出，上述平衡逆向移动，及时将进入的氢离子从血液中除去，从而维持血液的pH基本不变 【概括整合】 探秘血液中H2CO3的电离平衡 影响电离平衡移动的外因 弱电解质的电离平衡 认识对象 探究问题 形成观念 微粒观 平衡观 变化观 理论分析 实验探究 这节课我们进行了三个探究活动，首先认识了弱电解质的电离平衡，其次根据理论分析和实验探究，得出了影响电离平衡移动的外因，最后结合真实情境，应用于血液中碳酸的电离平衡，形成了微粒观，平衡观和变化观。 1、根据个人情况完成分层训练A、B 2、预习盐类水解相关内容，并思考： 为什么血液的pH显弱碱性呢？ 【评价作业】 $$