3.1.2 电离平衡常数 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第三章 水溶液中的离子反应与电离平衡 第一节 电离平衡 课时2 电离平衡常数 2025/9/9 2 核心素养 宏观辨识与微观探析： 理解弱电解质的电离平衡。能从宏观和微观相结合的视角，认识弱电解质并能电离平衡常数定量表示其电离程度。 证据推理与模型认知： 通过建立化学平衡的认知模型学习电离平衡，重点掌握电离平衡常数的相关应用。 科学探究与创新意识 电离平衡与生命活动、日常生活、工农业生产和环境保护等息息相关,培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。 2025/9/9 3 课堂导入 盐酸主要用于卫生清洁，如洁厕剂的主要成分是盐酸，为什么不用醋酸？ 为什么除水垢用柠檬酸或醋酸而不用盐酸？ 相同浓度盐酸比醋酸能够提供更大的c(H+)，可以增大去污反应的速率 去污原理： 2025/9/9 4 课堂导入 阅读教材57页，思考：如何定量的表示弱电解质电离程度的大小呢？ 2025/9/9 5 一、电离平衡常数 1. 定义 HA A− + H+ 对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一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数 Ka、 Kb 分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数 一元弱酸(HA)的电离的平衡常数 一元弱碱(BOH)的电离的平衡常数 HB OH− + B+ 2025/9/9 6 一、电离平衡常数 1. 定义 根据所学内容，写出CH3COOH、NH3·H2O、H2CO3的电离常数 名称 化学式 电离常数(K) 名称 化学式 电离常数(K) 醋酸 CH3COOH Ka=1.75×10-5 亚硝酸 HNO2 Ka=5.60×10-4 氢氰酸 HCN Ka=6.20×10-10 氢氟酸 HF Ka=6.30×10-4 次氯酸 HClO Ka=4.00×10-8  甲酸 HCOOH Ka=1.80×10-4 2025/9/9 7 一、电离平衡常数 2. 电离平衡常数的影响因素 分析相同温度下(25℃)一元弱酸的电离常数，你有什么发现？ 问题1 规律一：相同温度下，电离常数由弱电解质的性质决定 2025/9/9 8 一、电离平衡常数 2. 电离平衡常数的影响因素 升高温度，pH减小，溶液中氢离子浓度增大，电离平衡正向移动 分子变大 分母变小 c(CH3COO−)·c(H+) c(CH3COOH) Ka＝ 温度 20 ℃ 24 ℃ pH 3.05 3.03 规律二：电离常数大小受温度影响，温度越高，电离平衡常数越大 分析不同温度下0.05 mol/L 醋酸的pH的大小，你有什么发现？ 问题2 2025/9/9 9 一、电离平衡常数 名称 化学式 电离常数(K) 名称 化学式 电离常数(K) 碳酸 H2CO3 Ka1=4.50×l0-7 亚硫酸 H2SO3 Ka1=1.40×l0-2  Ka2=4.70×10-11 Ka2=6.00×l0-8 草酸 H2C2O4 Ka1=5.60×l0-2 氢硫酸 H2S Ka1=1.10×l0-7  Ka2=1.50×l0-4 Ka2=l.30×10-13 磷酸 H3PO4 Ka1=6.90×l0-3 Ka3=4.80×l0-13  Ka2=6.20×10-8 规律三：多元弱酸， Ka1>Ka2>Ka3>……当 Ka1>>Ka2时，计算多元弱酸中的 c(H+)，或比较多元弱酸酸性的相对强弱时，通常只考虑第一步电离 分析相同温度下(25℃)多元弱酸的电离常数，你有什么发现？ 问题3 2. 电离平衡常数的影响因素 2025/9/9 10 一、电离平衡常数 2. 电离平衡常数的影响因素 电离常数的大小首先由物质的性质决定，同一温度下不同弱电解质的电离常数一般不同 电离常数受温度的影响。对于同一弱电解质，温度越高，电离常数越大；温度越低，电离常数越小。但由于电离过程中热效应较小，因此温度改变对电离常数影响不大，其数量级一般不变，故室温范围内可忽略温度对电离常数的影响 一般来说，多元弱电解质的各级电离常数相差很大 示例：CH3COOH在25 ℃时，Ka为1.75×10-5，0 ℃时，Ka为1.65×10-5 2025/9/9 11 二、电离平衡常数的计算与应用 1. 电离平衡常数的计算——近似处理 【典例】在某温度时，溶质的物质的量浓度为 0.2 mol·L−1的氨水中，达到电离平衡时，已电离的NH3·H2O为1.7×10−3 mol·L−1，试计算该温度下NH3·H2O的电离常数(Kb) c(NH3·H2O)＝(0.2−1.7×10−3) mol·L−1 ≈ 0.2 mol·L−1 c(NH3·H2O) Kb＝ c(NH4+ )· c(OH−) ＝ (1.7×10−3)·(1.7×10−3) (0.2−1.7×10−3) 0.2 ≈ (1.7×10−3)·(1.7×10−3) 起始浓度/(mol·L−1) 变化浓度/(mol·L−1) 平衡浓度/(mol·L−1) 0.2 0 0 1.7×10−3 0.2 −1.7×10−3 1.7×10−3 1.7×10−3 1.7×10−3 1.7×10−3 ≈ 1.4×10−5 当起始浓度和电离时变化浓度，相差两个数量级以上时，可以近似处理。 2025/9/9 12 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(1)计算弱酸弱碱中浓度和电离度 c(H+) ＝ c0Ka 弱酸溶液中 c(OH-)＝ c0Kb 弱碱溶液中 这两个公式如何得到的？课下思考并写出推到过程 2025/9/9 13 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(1)计算弱酸弱碱中浓度和电离度 起始浓度 c0 0 0 电离浓度 x x x 平衡浓度 c0-x x x 起始浓度 c0 0 0 电离浓度 x x x 平衡浓度 c0-x x x 电离度(α)： 2025/9/9 14 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(2)比较酸碱性强弱 判断弱酸(弱碱)的相对强弱，同一条件下，电离常数越大，酸性(碱性)越强 名称 化学式 电离常数(K) 名称 化学式 电离常数(K) 醋酸 CH3COOH Ka=1.75×10-5 亚硝酸 HNO2 Ka=5.60×10-4 氢氰酸 HCN Ka=6.20×10-10 氢氟酸 HF Ka=6.30×10-4 次氯酸 HClO Ka=4.00×10-8  甲酸 HCOOH Ka=1.80×10-4 酸性：HCOOH ＞ HNO2＞HF ＞ CH3COOH＞ HClO ＞ HCN 2025/9/9 15 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(3)判断反应的发生 判断复分解反应能否发生，一般符合“强酸制弱酸”规律 实验：向盛有2 mL 1 mol/L 醋酸的试管中滴加1 mol/L Na2CO3溶液，观察现象。你能否由此推测Ka(CH3COOH)与Ka1(H2CO3)的大小关系？ CH3COOH ＞ H2CO3 Ka(CH3COOH) ＞ Ka1(H2CO3) 生成大量气泡 H2CO3 实验现象： 化学方程式： 酸性强弱： 电离常数大小： 2025/9/9 16 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(3)判断反应的发生 判断复分解反应能否发生，一般符合“强酸制弱酸”规律 已知：碳酸Ka1=4.50×l0-7、Ka2=4.70×10-11；次氯酸Ka=4.00×10-8 。 写出向漂白液中通入CO2发生的离子方程式： 只会生成，不会生成；漂白粉的例外 2025/9/9 17 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(3)判断反应的发生 不符合“强酸制弱酸”的规律的情况 H2S + Br2 = 2HBr + S↓ 该反应表面看是弱酸制强酸，实质是两者发生复分解反应，生成了难溶性的CuS沉淀，使离子浓度大大降低 H2S+CuSO4 CuS↓+H2SO4 H3PO4(浓) + NaCl(s)=====NaH2PO4 + HCl(g) 加热 生成易挥发性的酸 发生氧化还原反应 生成稳定的配合物 HF + BF3 = H[BF4] H2SO3 + Cl2 + H2O=H2SO4 + 2HCl H2S + 2AgF = Ag2S↓ + 2HF 2025/9/9 18 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 25℃时 0.1mol/L HNO2 Ka =5.6×10-4 0.1mol/L HCOOH Ka =1.8×10-4 0.1mol/L CH3COOH Ka =1.75×10-5 0.1mol/L HCN Ka =6.2×10-10 最大 最小 =0.1mol/L 的HNO2 Ka =5.6×10-4 =0.1mol/L 的HCOOH Ka =1.8×10-4 =0.1mol/L 的CH3COOH Ka =1.75×10-5 =0.1mol/L 的HCN Ka =6.2×10-10 酸的浓度大小关系：c(HCN)＞c(CH3COOH)＞c(HNO2)＞c(HCOOH) 2025/9/9 19 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 【思考与讨论】向两个锥形瓶中各加入0.05g镁条，塞紧橡胶塞，然后用注射器分别注入2 mL 2 mol/L 盐酸、2 mL 2 mol/L醋酸，测得锥形瓶内的压强随时间的变化如图所示。请回答下列问题： (1)两上反应的速率及其变化有什么特点？ 特点：反应速率都是先快后慢，镁条与盐酸的反应速率比镁条与醋酸的反应速率要快 2025/9/9 20 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 盐酸和醋酸都是一元酸，醋酸的电离度在百分之一左右。所以两者浓度相同时候，盐酸中氢离子浓度大约是醋酸中氢离子浓度的一百倍，当然反应快 盐酸中氢离子浓度大于醋酸中氢离子浓度，为什么最终产生的氢气的体积是相同？ 2 mL 2 mol/L盐酸 HCl H+ + Cl− 2 mol/L 2 mL 2 mol/L醋酸 CH3COOH H++CH3COO− 小于2 mol/L 完全电离 部分电离 2025/9/9 21 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 【思考与讨论】向两个锥形瓶中各加入0.05g镁条，塞紧橡胶塞，然后用注射器分别注入2 mL 2 mol/L 盐酸、2 mL 2 mol/L醋酸，测得锥形瓶内的压强随时间的变化如图所示。请回答下列问题： (2)反应结束时，两个锥形瓶内气体的压强 基本相等，由此你能得出什么结论？ 结论：镁条和盐酸与镁条和醋酸最终反应结束时，产生氢气的体积是相同的 2025/9/9 22 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 产生气体总量取决于酸能电离出的氢离子总量，两酸都是一元酸，并且等体积等浓度，即等物质的量，里面还有的氢离子总量相同，所以最终生成的氢气的量一样多 盐酸中氢离子浓度大于醋酸中氢离子浓度，为什么最终产生的氢气的体积是相同？ 2 mL 2 mol/L醋酸 2 mL 2 mol/L盐酸 HCl H+ + Cl− 2 mol/L CH3COOH H++CH3COO− 小于2 mol/L 完全电离 部分电离 2025/9/9 23 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 思考：相同物质的量浓度(相同pH)，相同体积强酸(碱)与弱酸(碱)有什么不同呢？ 2025/9/9 24 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 相同物质的量浓度、相同体积的酸发生反应 示例分析：盐酸与醋酸溶液分别与物质反应 ①盐酸：c(H+)大、pH小，开始与金属反应的速率大 ②醋酸溶液：c(H+)小、pH大，开始与金属反应的速率小 ③盐酸和醋酸溶液中和碱的能力相同，与足量活泼金属反应产生H2的量相等 溶液中H+由HCl完全电离所得，无未被电离的H+ 溶液中H+由CH3COOH部分电离所得，存在未被电离出的H+ HCl CH3COOH t V(g) 0 2025/9/9 25 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 相同物质的量浓度、相同体积的酸加水稀释 加水稀释相同的倍数，醋酸溶液的pH大 加水稀释到相同的pH，盐酸加入的水多 7 0 V(水) b a HCl CH3COOH pH V1 V2 不考虑溶液极稀的情况 7 0 V(水) b a HCl CH3COOH pH V' 2025/9/9 26 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 相同pH(氢离子浓度相同)、相同体积的酸发生反应 ①盐酸：c(酸)小，中和碱的能力小，与足量活泼金属反应产生H2的量少 ②醋酸溶液：c(酸)大，中和碱的能力大，与足量活泼金属反应产生H2的量多 ③盐酸和醋酸溶液中的c(H+)相等，开始与活泼金属反应产生H2的速率相等 溶液中HCl完全电离，达到相同pH所需浓度更小 溶液中CH3COOH部分电离，达到相同pH所需浓度更大 t V(g) 0 HCl CH3COOH 2025/9/9 27 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(4)判断浓度大小关系 加水稀释相同的倍数，盐酸的pH大 加水稀释到相同的pH，醋酸溶液加入的水多 不考虑溶液极稀的情况 7 0 V(水) b a HCl CH3COOH pH V' 7 0 V(水) b a HCl CH3COOH pH V1 V2 相同pH(氢离子浓度相同)、相同体积的酸发生反应 2025/9/9 28 二、电离平衡常数的计算与应用 2. 电离平衡常数的应用——(5)判断电离平衡移动方向 若将0.1 mol/L 醋酸加水稀释，电离平衡正向移动的解释： 加水后，以上微粒浓度 变为原来的 Q＜K，电离平衡正向移动 例1 常温下,一种缓释阿司匹林有效成分乙酰水杨酸(用HA表示, Ka=1×10-3.0)药物在人体的吸收模式如右图:假设离子不会穿过组织薄膜,而未电离的HA可自由穿过该膜且达到平衡。下列说法错误的是( 　) A.血浆中HA电离程度比胃中大 B.在胃中,=1×10-2.0 C.在血浆中,<1×104.4 D.总药量之比≈1×104.4 C 2025/9/9 29 课堂练习 29 例2 (1)25 ℃时,在CH3COOH与CH3COONa的混合溶液中,测得混合溶液中=17.5,则此时溶液的c(H+)=　　　　　　　　　(已知:25 ℃时,CH3COOH的电离常数Ka=1.75×10-5)。  1×10-6 mol·L-1 2025/9/9 30 课堂练习 (2)已知:25 ℃时,NH3·H2O的Kb近似为1.0×10-5。 ①求0.10 mol·L-1 NH3·H2O溶液中c(OH-)=　　 　　mol·L-1。  1.0×10-3 ②25 ℃时,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,忽略体积变化,若混合后所得溶液的pH=7[已知pH=-lg c(H+)],用含a的代数式表示 NH3·H2O的电离常数Kb=　　　　。 30 2025/9/9 31 拓展延伸 酸碱质子理论(布朗斯特酸碱理论) 共轭酸碱组成上相差一个H，像碳酸和碳酸氢根是一对共轭酸碱(碳酸是给出质子的酸，碳酸氢根是接受质子的碱)，碳酸氢根和碳酸根是一对共轭酸碱(碳酸氢根是给出质子的酸，碳酸根是接受质子的碱)。故像碳酸氢根这样的，既能做质子酸(给出质子)，又能做质子碱(接受质子) 丹麦 布朗斯特-劳里 1923年提出的质子理论认为：凡是给出质子(H+)的任何物质(分子或离子)都是酸；凡是接受质子(H+)的任何物质都是碱。简单地说，酸是质子的给予体，而碱是质子的接受体。酸和碱之间的关系表示如下：酸 =质子(H+)+ 碱 2025/9/9 32 课堂总结 (2)借助 Q 与 K 的关系，判断电离平衡移动方向 (3)计算相关粒子的浓度 表达式 (1)比较弱电解质的相对强弱 电离常数 应用意义 影响因素 (1)内因：由物质本性决定 (2)外因：同一弱电解质的稀溶液，只受温度影响 $