内容正文:
第2课时 盐类水解的应用
课程标准
核心素养目标
1.能列举盐类水解在实际生产、生活和科学研究中的应用实例。
2.依据盐类水解的原理进行解释,体会化学原理的应用价值。
1.变化观念与平衡思想:基于勒夏特列原理,分析外界条件对盐类水解平衡的影响,解释生产、生活中与盐类水解有关的问题。
2.科学态度与社会责任:能列举盐类水解在实际生产、生活和科学研究中应用实例,并依据盐类水解的原理进行解释,体会化学原理的应用价值。
[对应学生用书P87]
一、盐类水解的应用
1.在科学研究中的应用
应用方法
应用实例
配制易水解
的盐溶液
在实验室中配制FeCl3溶液时,常将FeCl3晶体溶于较浓的盐酸中,再加水稀释到所需的浓度
制备某些
无机物
用TiCl4制备TiO2的反应可表示为TiCl4+(x+2)H2O===TiO2·xH2O↓+4HCl,制备时加入大量的水,同时加热,促使水解趋于完全,所得TiO2·xH2O经焙烧得到TiO2
2.在工农业生产和生活中的应用
应用
实例
用热纯碱溶
液去除油污
升温可促进Na2CO3的水解,使溶液中c(OH-)增大,可以增强去污效果
用可溶性铝盐、
铁盐作净水剂
Al3+水解生成的Al(OH)3胶体、Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体可以使水中细小的悬浮颗粒聚集成较大的颗粒而沉降,从而除去水中的悬浮物,起到净水的作用
制造泡沫
灭火器
泡沫灭火器中装有浓NaHCO3溶液和浓Al2(SO4)3溶液,当二者混合时剧烈反应,产生CO2气体和Al(OH)3沉淀,离子方程式为3HCO+Al3+===Al(OH)3↓+3CO2↑
合理施用
化肥
草木灰与铵态氮肥不能混合施用,草木灰中含CO,可与NH发生相互促进的水解反应,释放出NH3,降低肥效
二、盐类的水解常数
1.盐的水解常数
用HA表示酸,MOH表示碱,MA表示由它们生成的盐。若MA为强碱弱酸盐,则其水解的离子方程式为A-+H2OHA+OH-,该反应的平衡常数可表示为Kh=,Kh称为盐的水解常数。
2.盐的水解常数(Kh)与Ka(或Kb)、Kw的关系
(1)推导过程
当MA(强碱弱酸盐)水解达到平衡时,溶液中存在关系:c(HA)=,将该式代入Kh的表达式,得到强碱弱酸盐的水解常数与弱酸电离常数的关系式:Kh==。
同理,可推导出强酸弱碱盐的水解常数与弱碱电离常数的关系式:Kh=。
(2)意义
Kh表示水解反应趋势的大小,Kh数值越大,水解趋势越大,据此推知,弱酸或弱碱的电离常数越小(酸性或碱性越弱)。
◆拓展延伸
泡沫灭火器的反应原理
NaHCO3溶液和Al2(SO4)3溶液中分别存在以下水解平衡:
HCO+H2OH2CO3+OH-
Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
两者混合后,两个水解反应生成的H+和OH-结合成水,促使两个水解平衡都正向移动。此时,发生的总反应的离子方程式为3HCO+Al3+===Al(OH)3↓+3CO2↑。
◆拓展延伸
酸式盐溶液酸碱性的判断
(1)强酸酸式盐(如NaHSO4)只电离,不水解,溶液呈酸性。
(2)弱酸酸式盐
根据酸式酸根离子电离程度与水解程度相对大小判断溶液酸碱性。
①NaHSO3溶液
H2SO3的Ka1=1.54×10-2、Ka2=1.02×10-7。
HSO的水解常数:Kh2==≈6.49×10-13
Ka2> Kh2,NaHSO3溶液呈酸性。
②NaHCO3溶液
H2CO3的电离常数Ka1=4.30×10-7、Ka2=5.61×10-11,HCO的水解常数:Kh2==≈2.33×10-8
Kh2> Ka2,NaHCO3溶液呈碱性。
备课札记
[对应学生用书P88]
探究一__盐类水解的应用
亚硫酰氯(SOCl2)是一种无色或黄色有气味的液体,有强烈刺激性气味,可混溶于苯、氯仿、四氯化碳等有机溶剂,遇水水解,加热分解,常用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。
向盛有10 mL水的锥形瓶中滴加10滴SOCl2,剧烈反应,液面上出现白雾,并有刺激性气味的气体逸出,该气体中含有能使品红溶液褪色的SO2。轻轻振荡锥形瓶,待白雾消失后,向溶液中滴加硝酸,再滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀。
[问题设计]
(1)根据上述实验现象,写出SOCl2发生水解反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
提示:SOCl2+H2O===SO2↑+2HCl
(2)将MgCl2溶液蒸发、结晶,灼烧,最终得到的是MgCl2固体吗?为什么?
提示:不是,MgCl2溶液蒸发、结晶过程中,MgCl2水解生成Mg(OH)2和HCl,由于HCl易挥发,使水解平衡不断向右移动,生成Mg(OH)2,灼烧后得到MgO。
(3)若将SOCl2与MgCl2·6H2O混合加热,可得到无水MgCl2,试解释其原因。
提示:将SOCl2与MgCl2·6H2O混合加热,SOCl2水解生成HCl,抑制MgCl2的水解,得到无水MgCl2。
1.盐类水解在化学实验中的应用
(1)判断盐溶液的酸碱性:阳离子水解使盐溶液呈酸性,阴离子水解使盐溶液呈碱性。
(2)判断弱酸的酸性强弱:根据“越弱越水解”的规律,如相同浓度的NaX、NaY、NaZ溶液的碱性:NaX<NaY<NaZ,则酸性:HX>HY>HZ。
(3)配制易水解的盐溶液:要加入相应的弱酸(或弱碱)抑制盐的水解。如配制CuSO4溶液时,加入少量H2SO4,抑制Cu2+的水解。
(4)制取某些无水盐的固体:将挥发性酸的弱碱盐如AlCl3、FeCl3溶液蒸干时,在通HCl的气流中加热蒸干。
(5)判断溶液中离子能否大量共存:Al3+与CO、HCO、S2-、HS-、[Al(OH)4]-;Fe3+与HCO、CO、[Al(OH)4]-;NH与[Al(OH)4]-、SiO因相互促进水解强烈而不能大量共存。
2.盐溶液蒸干、灼烧时所得产物的判断
常见类型
盐溶液蒸干、灼烧所得产物
金属阳离子易水解的难挥发性强酸盐
蒸干后一般得到原物质,如将CuSO4溶液蒸干得CuSO4
金属阳离子易水解的易挥发性酸盐
蒸干、灼烧后一般得到对应的氧化物,如AlCl3溶液蒸干得Al(OH)3,灼烧得Al2O3
酸根离子易水解的强碱盐
蒸干后一般得到原物质,如将Na2CO3溶液蒸干得Na2CO3
挥发性弱酸的铵盐
蒸干后无固体,如NH4HCO3、(NH4)2CO3、(NH4)2S等
热稳定性差的盐溶液
考虑盐受热时是否分解,如Ca(HCO3)2、NaHCO3、KMnO4、NH4Cl固体受热易分解,因此蒸干、灼烧后分别为Ca(HCO3)2→CaCO3→CaO;NaHCO3→Na2CO3;KMnO4→K2MnO4和MnO2;NH4Cl→NH3和HCl
易被氧化的还原性盐溶液
蒸干时会被O2氧化,得不到原物质,如Na2SO3溶液蒸干得到其氧化产物Na2SO4
其他(从多角度考虑)
如蒸干NaClO溶液时,ClO-水解生成的HClO分解为HCl与O2,因此蒸干NaClO溶液最后得到的固体是NaCl
[例1] (2024·武汉重点中学高二期中联考)化学与生活关系密切,下列说法错误的是( )
A.在NO2和N2O4的平衡体系中,加压后颜色变深,可用勒夏特列原理解释
B.将SOCl2与AlCl3·6H2O混合并加热,可得到无水氯化铝
C.打开剧烈摇动后的碳酸饮料产生大量气泡的原因是压强对化学平衡的影响
D.NH4F水溶液中含有HF,因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中
A 解析:加压后颜色变深是因为体积减小,二氧化氮浓度增大,与平衡移动无关,A错误;SOCl2遇水容易水解,与AlCl3·6H2O混合并加热,可吸收结晶水并生成HCl,可有效防止AlCl3水解,得到无水AlCl3,B正确;温度相同时,气体的溶解度随着压强的降低而减小,打开碳酸饮料瓶盖时瓶内的压强减小,二氧化碳的溶解度降低,会产生大量气泡,C正确;氟化铵中氟离子水解生成氟化氢,氟化氢能与玻璃中的二氧化硅反应,因此氟化铵溶液不能存放于玻璃试剂瓶中,D正确。
1.下列事实或操作与盐类水解无关的是( )
A.实验室配制Na2S溶液时常滴加几滴NaOH溶液
B.配制FeCl2溶液时常加入少量铁屑
C.中国古代利用明矾溶液清除铜镜表面的铜锈
D.配制SnCl2溶液时可加入适量盐酸
B 解析:Na2S水解反应为S2-+H2OHS-+OH-,增大c(OH-)可抑制Na2S的水解,所以实验室配制Na2S溶液时常滴加几滴NaOH溶液,与水解有关,A不符合题意;Fe2+被氧化生成Fe3+,加入少量铁粉,将Fe3+还原为Fe2+,与盐类水解无关,B符合题意;中国古代利用明矾溶液清除铜镜表面的铜锈,是由于明矾电离出的Al3+水解使得溶液呈酸性,与铜锈反应,与水解有关,C不符合题意;Sn2+水解使溶液呈酸性,加入盐酸,c(H+)增大,可抑制Sn2+水解,D不符合题意。
探究二__盐的水解常数(Kh)的计算及应用
磷酸二氢钠(NaH2PO4)是一种无机酸式盐,易溶于水,几乎不溶于乙醇,主要用于制革、处理锅炉水,作为品质改良剂和制焙粉,及在食品工业、发酵工业中作缓冲剂和发酵粉原料,还用作饲料添加剂、洗涤剂及染助剂等。
[问题设计]
(1)分别写出NaH2PO4溶液中H2PO发生电离和水解的离子方程式。
提示:H2POHPO+H+、H2PO+H2OH3PO4+OH-
(2)常温下,H3PO4的电离常数:Ka1=6.9×10-3、Ka2=6.2×10-8、Ka3=4.8×10-13。试通过计算,判断0.1 mol/L NaH2PO4溶液的酸碱性。
提示:根据H2PO+H2OH3PO4+OH-可知,H2PO的水解常数Kh===≈1.4×10-12<Ka2=6.2×10-8,说明H2PO的电离程度大于其水解程度,故NaH2PO4溶液呈酸性。
1.利用电离常数(Ka或Kb)计算水解常数(Kh)
粒子种类
Ka(或Kb)与Kh的关系
水解常数(Kh)的计算
弱酸酸根离子(A-)
Ka·Kh=Kw
Kh=
弱碱阳离子(B+)
Kb·Kh=Kw
Kh=
二元
弱酸
(H2X)
一级电离产生
离子(HX-)
Kh(HX-)·Ka1=Kw
Kh(HX-)=
二级电离产生
离子(X2-)
Kh(X2-)·Ka2=Kw
Kh(X2-)=
2.盐的水解常数(Kh)的应用
(1)判断弱酸的酸式盐溶液的酸碱性
NaHX溶液中存在HX-的电离平衡(HX-H++X2-)和水解平衡(HX-+H2OH2X+OH-),故其酸碱性取决于HX-的电离程度和水解程度的相对大小。
①NaHX溶液呈酸性:Ka(HX-)>Kh(HX-),HX-的电离程度大于其水解程度,如NaHSO3、NaH2PO4等。
②NaHX溶液呈碱性:Kh(HX-)>Ka(HX-),HX-的水解程度大于其电离程度,如NaHCO3、Na2HPO4等。
(2)判断等浓度的HX和NaX混合液的酸碱性
混合液中存在HX的电离平衡和NaX的水解平衡,溶液的酸碱性取决于HX的电离程度和X-的水解程度的相对大小。
①当Ka(HX)>Kh(X-)时,HX的电离程度大于X-的水解程度,混合液呈酸性。
②当Kh(X-)>Ka(HX)时,X-的水解程度大于HX的电离程度,混合液呈碱性。
[例2] 常温下,向1 L 0.1 mol/L H2A溶液中逐滴加入等浓度的NaOH溶液,所得溶液中含A元素的粒子的物质的量分数与溶液pH的关系如图,下列说法正确的是( )
A.Na2A水解的离子方程式为A2-+H2OHA-+OH-,HA-+H2OH2A+OH-
B.室温下,Na2A水解常数Kh=10-11
C.0.1 mol/L NaHA溶液中存在c(A2-)+c(HA-)+c(H2A)=0.1 mol/L
D.常温下,等物质的量浓度NaHA与Na2A溶液等体积混合后溶液的pH=3.0
B 解析:由图像可知,0.1 mol/L H2A溶液全部电离为HA-,说明第一步电离为完全电离,HA-不水解,A错误;pH=3时c(A2-)=c(HA-),则Na2A的水解常数Kh(A2-)==c(OH-)=10-11,B正确;H2A溶液全部电离,不存在H2A分子,由元素守恒可知,c(A2-)+c(HA-)=0.1 mol/L,C错误;HA-H++A2-的电离常数Ka2=,当c(A2-)=c(HA-)时,Ka2=c(H+)=10-3,Ka2>Kh(A2-),等物质的量浓度NaHA、Na2A等体积混合,HA-的电离程度大于A2-的水解程度,则有c(HA-)<c(A2-),故pH>3,D错误。
2.常温下,HF的电离常数Ka=6.3×10-4,NH3·H2O的电离常数Kb=1.8×10-5。下列说法正确的是( )
A.NH4F溶液中lg >0
B.NH4F溶液中水的电离程度小于纯水的电离程度
C.NH4F溶液中F-的水解平衡常数Kh(F-)≈1.59×10-11
D.NH4F与NH4Cl的混合溶液中有下列关系:c(NH)>c(F-)+c(Cl-)
C 解析:HF的电离平衡常数大于NH3·H2O的电离平衡常数,则氟离子的水解程度小于铵根离子水解程度,溶液显酸性,OH-与H+的比值的对数应小于0,A错误;铵根离子和氟离子的水解促进水的电离,则NH4F溶液中水的电离程度大于纯水的电离程度,B错误;NH4F溶液中F-的水解平衡常数Kh=≈1.59×10-11,C正确;NH4F与NH4Cl的混合溶液中c(NH)+c(H+)=c(F-)+c(Cl-)+c(OH-),又溶液显酸性,c(H+)>c(OH-),则有c(NH)<c(F-)+c(Cl-),D错误。
[对应学生用书P90]
1.化学与生产、生活及社会发展密切相关。下列说法不正确的是( )
A.热的Na2CO3溶液可以去除油污,加热可以增强去污效果
B.碳酸氢钠药片是一种抗胃酸药,服用时喝些醋能提高药效
C.在实验室配制Na2S溶液时,为抑制其水解,常滴加几滴浓NaOH溶液
D.工业上可用氯化铵溶液除去金属表面的氧化物
B 解析:油脂在碱性条件下水解,纯碱水解呈碱性,加热促进水解,溶液碱性增强,有利于油脂的水解,增强了去污效果,A正确;醋酸的酸性大于碳酸,服用碳酸氢钠药片时喝些醋,导致碳酸氢钠的含量减小,降低了药效,B错误;Na2S溶液中S2-发生水解反应:S2-+H2OHS-+OH-,使溶液显碱性,加入NaOH溶液后,c(OH-)增大,水解平衡逆向移动,抑制S2-的水解,C正确;氯化铵为强酸弱碱盐,水解显酸性,能够与金属氧化物反应,所以可以用于除去金属表面的氧化物,D正确。
2.在空气中直接蒸发下列盐的溶液,不能得到相应盐的晶体(可以含有结晶水)的是( )
A.Al2(SO4)3 B.CuCl2
C.Na2CO3 D.KCl
B 解析:CuCl2溶液中铜离子水解:Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,直接蒸发溶液,升温促进水解、盐酸挥发导致水解平衡不断右移,氯化铜不断转变为氢氧化铜,甚至受热分解为氧化铜,故直接蒸发溶液,不能得到相应盐的晶体。
3.下列有关电解质溶液的说法正确的是( )
A.室温下,向0.1 mol/L的CH3COOH溶液中加入少量水溶液显碱性的物质,CH3COOH的电离程度不一定增大
B.NaCl溶液和CH3COONH4溶液均显中性,两溶液中水的电离程度相同
C.保存氯化亚铁溶液时,在溶液中放少量铁粉,以防止Fe2+水解
D.将Al2(SO4)3、Na2SO3、FeCl3溶液蒸干均得不到原溶质
A 解析:水溶液显碱性的物质不一定是碱,如强碱弱酸盐CH3COONa,其水溶液显碱性,向CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa,CH3COO-浓度增大,会抑制CH3COOH的电离,使CH3COOH的电离程度减小,A正确;CH3COONH4溶液中,CH3COO-、NH的水解均会促进水的电离,溶液中水的电离程度较大,而NaCl是强酸强碱盐,对水的电离无影响,两溶液中水的电离程度不相同,B错误;铁具有还原性,可以把铁离子转化为亚铁离子,保存氯化亚铁溶液时,在溶液中放少量铁粉,可防止Fe2+被氧化为Fe3+,C错误;将Al2(SO4)3溶液蒸干得到硫酸铝固体,加热Na2SO3溶液的过程中,发生反应:2Na2SO3+O2===2Na2SO4,蒸干会得到Na2SO4固体,将FeCl3溶液蒸干过程中水解生成氢氧化铁和挥发性盐酸,最终生成氢氧化铁,继续加热生成氧化铁,D错误。
4.为了除去 MgCl2 酸性溶性中的 Fe3+,可在加热搅拌的条件下加入一种试剂,过滤后再加入适量盐酸,这种试剂是( )
A.NH3·H2O B.MgO
C.Na2CO3 D.NaOH
B 解析:加入一水合氨会引入新的杂质氯化铵,A错误;溶液显酸性,加入MgO,MgO与氢离子反应,可起到调节溶液pH的作用,促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去,且不引入新的杂质,B正确;加入Na2CO3,引入新的杂质NaCl,C错误;加入NaOH易生成氢氧化镁沉淀,且引入新的杂质NaCl,D错误。
5.(教材改编题)磷酸(H3PO4)是三元弱酸,常温下逐级电离常数分别为Ka1=6.9×10-3,Ka2=6.2×10-8,Ka3=4.8×10-13。试回答下列问题:
(1)常温下,等浓度的三种溶液:①Na3PO4,②Na2HPO4,③NaH2PO4,其pH由小到大的顺序为____________(填标号)。
(2)常温下,NaH2PO4溶液中:c(HPO)______(填“>”或“<”)c(H3PO4)。
(3)常温下,Na2HPO4溶液呈______(填“酸性”“中性”或“碱性”),结合Ka与Kh的相对大小,说明判断理由:___________________________________________________。
答案:(1)③<②<① (2)>
(3)碱性 Kh(HPO)==×10-6>Ka3=4.8×10-13,HPO的水解程度大于其电离程度,溶液呈碱性
解析:(1)H3PO4是三元弱酸,根据逐级电离常数可知,酸性:H3PO4>H2PO>HPO,同浓度时,根据盐类“越弱越水解”的规律,水解程度:PO>HPO>H2PO,而水解程度越大,溶液的碱性越强,故pH:③<②<①。
(3)常温下,Na2HPO4溶液中存在平衡:HPOPO+H+(电离平衡)、HPO+H2OH2PO+OH-(水解平衡);水解常数Kh(HPO)==×10-6>Ka3=4.8×10-13,说明HPO的水解程度大于其电离程度,故Na2HPO4溶液呈碱性。
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