内容正文:
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第一节 电离平衡
第2课时 电离平衡常数
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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目录
contents
Part 01 知识整合 新知探究
Part 02 等级达标 过关测试
Part 03 课时作业
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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知识整合 新知探究
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等级达标 过关测试
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【答案】 C
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课时作业(十一)
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学习目标
课程标准
1.构建电离平衡常数模型,并能应用模型解释弱电解质在水中发生的变化。
2.建立判断强弱电解质和“强酸制弱酸”的思维模型。
1.了解电离平衡常数的含义及其应用。
2.掌握电离平衡常数的有关计算。
知识点一 电离平衡常数
1.电离常数
eq \f(cH+·cA-,cHA)
eq \f(cB+·cOH-,cBOH)
2.多元弱酸(或弱碱)的电离常数
(1)表达式:
多元弱酸(或弱碱)的每一步都有电离常数,以碳酸为例:
H2CO3HCOeq \o\al(-,3)+H+,=_________________
HCOeq \o\al(-,3)COeq \o\al(2-,3)+H+,=_________________
eq \f(cH+·cHCO\o\al(-,3),cH2CO3)
eq \f(cH+·cCO\o\al(2-,3),cHCO\o\al(-,3))
(2)大小关系及应用:
②应用:计算或比较多元弱酸(或弱碱)的酸性(或碱性)时,通常只考虑第一步电离。
1.下列关于电离常数(K)的说法中正确的是( )
A.电离常数(K)越小,表示弱电解质电离能力越弱
B.电离常数(K)与温度无关
C.不同浓度的同一弱电解质,其电离常数(K)不同
D.多元弱酸各步电离常数相互关系为K1<K2<K3
【答案】 A
2.下表是常温下某些一元弱酸的电离常数:
弱酸
HCN
HF
CH3COOH
HNO2
电离常数
4.9×10-10
7.2×10-4
1.8×10-5
2.6×10-4
则0.1 mol·L-1的下列物质的溶液中,c(H+)最大的是( )
A.HCN
B.HF
C.CH3COOH
D.HNO2
【答案】 B
1.能否根据醋酸溶液与碳酸钠溶液反应的现象,判断醋酸的Ka和碳酸的Ka1的大小?
提示 可以。反应中有气泡产生,即发生反应:2CH3COOH+Na2CO3===2CH3COONa+H2O+CO2↑,说明醋酸的酸性大于碳酸,则Ka>Ka1。
2.已知在25 ℃时,次氯酸的电离平衡常数为Ka=2.95×10-8,碳酸的电离平衡常数为K1=4.30×10-7、K2=5.61×10-11,反应Cl2+H2OHCl+HClO达到平衡后,要使HClO浓度增加,可以加入什么物质?(供选择的物质有:NaOH固体、CaCO3固体、H2O)
提示 按照题目的要求要使平衡正向移动,但是不能消耗HClO,CaCO3能消耗HCl,但是不会消耗HClO,由电离平衡常数知酸性:H2CO3>HClO>HCOeq \o\al(-,3),由“强酸制弱酸”确定选CaCO3固体。
1.电离常数的应用
应用
实例
比较多元弱酸溶液中的离子浓度关系
碳酸:由于Ka1>Ka2
则溶液中:c(H+)>c(HCOeq \o\al(-,3))>c(COeq \o\al(2-,3))>c(OH-)
比较弱酸的酸性强弱顺序
相同条件下,K值越大,电离程度越大,酸性越强,常见弱酸的酸性强弱:H2SO3>H3PO4>HF>CH3COOH>H2CO3>H2S>HClO
2.电离常数的相关计算
(以弱酸HX为例)
HX H+ + X-
起始(mol·L-1): c0(HX) 0 0
平衡(mol·L-1): c0(HX)-c(H+) c(H+) c(H+)
则K=eq \f(cH+·cX-,cHX)=eq \f(c2H+,c0HX-cH+)。
电离度α=eq \f(cH+,c0HX)×100%。
(1)已知c0(HX)和c(H+),求电离平衡常数
由于弱酸只有极少一部分电离,c(H+)的数值很小,可做近似处理:c0(HX)-c(H+)≈c0(HX),则K≈eq \f(c2H+,c0HX),代入数值求解即可。
(2)已知c0(HX)的电离平衡常数,求c(H+)
由于K值很小,c(H+)的数值很小,可做近似处理:c0(HX)- c(H+)≈c0(HX),则:c(H+)≈eq \r(K·c0HX),代入数值求解即可。
考点一 电离常数的应用
1.在25 ℃时,用蒸馏水稀释1 mol·L-1氨水至0.01 mol·L-1,随溶液的稀释,下列各项中始终保持增大趋势的是( )
A.eq \f(cOH-,cNH3·H2O)
B.eq \f(cNH\o\al(+,4),cOH-)
C.eq \f(cNH3·H2O,cNH\o\al(+,4))
D.c(OH-)
【解析】 一水合氨是弱电解质,加水稀释,一水合氨的电离平衡右移,c(NH3·H2O)、c(NHeq \o\al(+,4))、c(OH-)都减小;eq \f(cOH-,cNH3·H2O)=eq \f(Kw,cNH\o\al(+,4)),因c(NHeq \o\al(+,4))减小,故A项增大;随着溶液的稀释,c(NHeq \o\al(+,4))减小趋向于0,但c(OH-)减小趋向于一个定值,故B项减小;eq \f(cNH3·H2O,cNH\o\al(+,4))=eq \f(cOH-,Kw),则C项减小。
【答案】 A
考点二 电离常数的计算
2.0.1 mol·L-1醋酸溶液中,存在电离平衡CH3COOHH++CH3COO-。经测定溶液中c(CH3COO-)为1.4×10-3 mol·L-1,此温度下醋酸的电离常数Ka=________。
【解析】 CH3COOH CH3COO-+H+
eq \a\vs4\al( 起始,mol·L-1) 0.1 0 0
eq \a\vs4\al( 平衡,mol·L-1) 0.1-1.4×10-3 1.4×10-3 1.4×10-3
Ka=eq \f(cCH3COO-·cH+,cCH3COOH)=eq \f(1.4×10-32,0.1-1.4×10-3)≈eq \f(1.4×10-32,0.1)
=1.96×10-5。
【答案】 1.96×10-5
归纳与论证
氢氰酸及部分弱酸的电离常数如下表:
弱酸
HCOOH
HCN
H2CO3
电离常数
/(mol·L-1)(25 ℃)
K=1.8×10-4
K=6.2×10-10
K1=4.5×10-7
K2=4.7×10-11
(1)依据表格中三种酸的电离常数,判断三种酸酸性强弱的顺序为________________________________________________________。
提示 电离常数越大酸性越强,依据表格中三种酸的电离常数,判断三种酸酸性强弱的顺序为HCOOH>H2CO3>HCN。
(2)向NaCN溶液中通入CO2气体能否制得HCN?________。若能写出反应的化学方程式____________________________________。
提示 由于K1(H2CO3)>K(HCN)>K2(H2CO3),向NaCN溶液中通入CO2气体可制得HCN,但只能生成NaHCO3,不能生成Na2CO3。NaCN+H2O+CO2===HCN+NaHCO3。
(3)同浓度的HCOO-、HCOeq \o\al(-,3)、COeq \o\al(2-,3)、CN-结合H+的能力由强到弱的顺序是__________________________________________________。
提示 电离常数越大,逆反应的常数越小,即结合H+的能力越小。即COeq \o\al(2-,3)>CN->HCOeq \o\al(-,3)>HCOO-。
(4)①升高0.1 mol·L-1 HCN溶液的温度,HCN的电离程度如何变化?______________________________________________________。
②加水稀释,eq \f(cH+,cHCN)如何变化?__________________________。
提示 ①升高温度促进电离,HCN的电离程度增大。
②加水稀释,c(CN-)减小,由于电离常数不变,则eq \f(cH+,cHCN)增大。
【归纳总结】
1.电离平衡常数的4大应用
(1)判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离平衡常数越大,酸性(或碱性)越强。
(2)判断复分解反应能否发生,一般符合“强酸制弱酸”规律。
(3)判断溶液中微粒浓度比值的变化。如加水稀释醋酸溶液,由Ka(CH3COOH)=eq \f(cCH3COO-·cH+,cCH3COOH)不变,稀释后c(CH3COO-)减小,则eq \f(cH+,cCH3COOH)增大。
(4)计算弱酸或弱碱溶液中电离出离子的浓度。
2.电离平衡常数(K)、电离度(α)与c(H+)的关系
依照化学平衡计算中“三段式”的方法,通过起始浓度、消耗浓度、平衡浓度,结合Ka(Kb)、α(电离度)等条件便可以轻松地进行电离平衡的有关计算。以一元弱酸为例,酸的起始浓度是c,
HA H++A-
起始: c 0 0
变化: cα cα cα
平衡: c-cα≈c cα cα
则c(H+)=cα,Ka=eq \f(c2H+,c)即c(H+)= eq \r(Ka·c)
α与Ka的关系为α=eq \r(\f(Ka,c))。同样,对于一元弱碱来说,c(OH-)=cα=eq \r(Kb·c)。
1.已知室温时,0.1 mol·L-1某一元酸HA在水中有0.2%发生电离,下列叙述错误的是( )
A.升高温度,溶液的酸性增强
B.该溶液的c(H+)是2×10-4 mol·L-1
C.此一元酸的电离平衡常数约为1×10-7
D.向一元酸HA的溶液中,加水稀释,HA的电离平衡向正反应方向移动,但c(H+)减小
【解析】 A.升高温度促进HA电离,溶液中氢离子浓度增大,酸性增强,故A正确;B.0.1 mol/L某一元酸HA在水中有0.2%发生电离,则HA是弱酸,溶液中c(H+)=0.1 mol/L×0.2%=2 ×10-4 mol/L,故B正确;C.室温时,电离平衡常数K=eq \f(cH+·cA-,cHA)=eq \f(2×10-4×2×10-4,0.1×1-0.2%)=4×10-7,故C错误;D.越稀越电离,加水稀释,HA的电离平衡向正反应方向移动,n(H+)增大,由于溶液体积增大程度影响更大,c(H+)减小,故D正确;故选:C。
【答案】 C
2.H2X是一种弱电解质,先后进行两步电高,其电离常数分别为Ka1和Ka2,则下说法正确的是( )
A.Ka1<Ka2
B.当电离平衡时溶液中的离子浓度:c(HX-)=c(X2-)
C.H2X溶液中可能大量共存以下离子:K+、Na+、CH3COO-、Cl-
D.H2X的稀溶液在加水稀释的过程中,eq \f(cHX-,cX2-)逐渐增大
【解析】 A.多元弱酸的第一步电离远大于第二步电离,应该是Ka1>Ka2,选项A错误;
B.电离时,两步电离程度不等,溶液中的离子浓度:
c(HX-)≠c(X2-),选项B错误;
C.若H2X 溶液酸性弱于CH3COOH ,则提供的四种离子能大量共存,选项C正确;
D.H2X 的稀溶液在加水稀释的过程中,eq \f(cHX-,cX2-) 逐渐缩小,最终趋近1,选项D错误;答案选C。
3.由表格中的电离常数判断可以发生的反应是( )
化学式
电离常数
HClO
K=4.0×10-8
H2CO3
K1=4.5×10-7
K2=4.7×10-11
A.NaClO+NaHCO3===HClO+Na2CO3
B.2HClO+Na2CO3===2NaClO+CO2↑+H2O
C.2NaClO+CO2+H2O===2HClO+Na2CO3
D.NaClO+CO2+H2O===HClO+NaHCO3
【答案】 D
$$