内容正文:
第3章
物质在水溶液中的行为
第3章 物质在水溶液中的行为
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化 学
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第2节 弱电解质的电离 盐类的水解
第1课时 弱电解质的电离平衡
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电离成离子的速率
离子结合成弱电解质分子的速率
浓度(次方)的乘积
未电离的分子的浓度
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温度
增大
强
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已电离的溶质的分子数占原有溶质分子总数
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增大
减小
增大
第3章 物质在水溶液中的行为
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电解质本身的性质
正向
正向
相同
逆向
正向
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合作探究 素能提升
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课 时 精 练(十六)
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[素养发展目标] 1.了解弱电解质的电离平衡常数概念和电离平衡常数与电离程度的关系。2.理解影响弱电解质电离平衡的因素及对电离平衡移动的影响。3.了解常见弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
一、电离平衡常数
1.电离平衡状态
在一定条件(如温度、浓度)下,当弱电解质分子________________和____________________________相等时,电离过程就达到了电离平衡状态。
2.电离平衡常数
(1)概念:在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离生成的各种离子的__________________与溶液中__________________之比。
(2)表示方法
①弱酸CH3COOH的电离平衡常数表达式为________________________。
②弱碱NH3·H2O的电离平衡常数表达式为______________________。
③多元弱酸是分步电离的,每一步电离都有其电离常数。如:
H3PO4H++H2POeq \o\al(-,4) Ka1=7.1×10-3mol·L-1;
H2POeq \o\al(-,4)H++HPOeq \o\al(2-,4) Ka2=6.2×10-8mol·L-1;
HPOeq \o\al(2-,4)H++POeq \o\al(3-,4) Ka3=4.5×10-13mol·L-1。
Ka=eq \f(c平(CH3COO-)·c平(H+),c平(CH3COOH))
Kb=+,4)eq \f(c平(OH-)·c平(NH),c平(NH3·H2O))
(3)影响因素:电离平衡只与____有关,与浓度无关,升高温度,电离平衡常数____。
(4)意义:在相同的温度下,弱酸(碱)的电离平衡常数越大,弱酸(碱)的酸性(碱性)越__。如:氢氟酸、醋酸、氢氰酸(HCN)在室温下的电离常数分别为Ka(HF)=6.8×10-4mol·L-1,Ka(CH3COOH)=1.7×10-5mol·L-1,Ka(HCN)=6.2×10-10mol·L-1,Ka的数值表明,这三种酸的酸性由强到弱的顺序是:____________________________。
HF>CH3COOH>HCN
3.电离度
(1)概念:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,______________________________________(包括已电离的和未电离的)百分率,称为电离度。
(2)表达式:α=eq \f(已电离的溶质分子数,原有溶质分子总数)×100%。
(3)影响电离度的因素
①温度:在其他条件不变时,升高溶液温度,电离平衡向电离方向移动,电离度____。
②浓度:在其他条件不变时,增大弱电解质溶液浓度,平衡向电离方向移动,但电离度____;
若降低弱电解质溶液浓度,平衡向电离方向移动,电离度____。
二、影响电离平衡的因素
1.弱电解质电离程度的大小主要是由________________决定的。
2.外界条件对弱电解质的电离平衡的影响
因素
影响结果
温度
升高温度,电离平衡____移动
浓度
加水稀释,电离平衡____移动
外加
物质
加入与弱电解质电离出的离子____的离子,电离平衡____移动(同离子效应)
加入与弱电解质电离出的离子发生反应的离子,电离平衡____移动
3.实例
CH3COOH稀溶液:CH3COOHCH3COO-+H+
改变条件
平衡移
动方向
n(H+)
c平(H+)
导电
能力
电离
程度
Ka
加水稀释
正向
增大
减小
减弱
增大
不变
加入少量
冰醋酸
正向
增大
增大
增强
减小
不变
通入HCl(g)
逆向
增大
增大
增强
减小
不变
改变条件
平衡移
动方向
n(H+)
c平(H+)
导电
能力
电离
程度
Ka
加少量
CH3COONa(s)
逆向
减小
减小
增强
减小
不变
加入NaOH(s)
正向
减小
减小
增强
增大
不变
加入镁粉
正向
减小
减小
增强
增大
不变
升高温度
正向
增大
增大
增强
增大
增大
1.下列有关电离常数的叙述正确的是( )
A.电离常数受溶液中电解质浓度的影响
B.电离常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.电离常数大的酸溶液中c平(H+)一定比电离常数小的酸溶液中的比c平(H+) 大
D.常温下,0.1 mol·L-1的醋酸溶液中有1%的醋酸发生电离,则醋酸的电离常数Ka=10-4 mol·L-1
B [电离常数只受温度影响,与溶液浓度无关,A项错误;电离常数的大小可以表示弱电解质的相对强弱,电离常数越大,弱电解质的电离程度越大,B项正确;酸溶液中c平(H+)既跟酸的电离常数有关,又跟酸的浓度有关,C项错误;根据题中信息,可得三段式:
CH3COOHCH3COO-+H+
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 10-3 10-3 10-3
平衡浓度/(mol·L-1) 0.1-10-3 10-3 10-3
c平(CH3COOH)=(0.1-10-3) mol·L-1≈0.1 mol·L-1,则Ka=eq \f(c平(H+)·c平(CH3COO-),c平(CH3COOH))=10-5 mol·L-1,D项错误。]
2.(双选)已知0.1 mol·L-1的醋酸中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,要使溶液中c平(H+)/c平(CH3COOH)值增大,可以采取的措施是( )
A.加少量烧碱溶液
B.升高温度
C.加入少量冰醋酸
D.加水
BD [加少量烧碱溶液,将减小溶液中氢离子浓度,虽然平衡右移,但醋酸浓度降低的程度小于溶液中氢离子浓度降低的程度,A项错误;加少量冰醋酸平衡右移,但比值减小,C项错误;升高温度,平衡右移,氢离子浓度增大,醋酸浓度减小,B项正确;加水,氢离子浓度和醋酸浓度都降低,若平衡不移动,则比值不变,但事实上平衡右移,D项正确。]
探究一 弱电解质的电离平衡
1.稀醋酸加水稀释时,溶液中的离子浓度都减小吗?
提示: 稀醋酸加水稀释时,溶液中不一定所有的离子浓度都减小。如稀醋酸加水稀释时,溶液中的c平(H+)减小,c平(OH-)增大。
2.电离平衡右移,电解质分子的浓度一定减小吗?离子浓度一定增大吗?电离程度一定增大吗?
提示: 电离平衡右移,电解质分子的浓度不一定减小,如对于CH3COOHCH3COO-+H+,平衡后,加入冰醋酸,c平(CH3COOH)增大,平衡右移,根据勒·夏特列原理,影响只能“减弱”而不能消除,再次平衡时,c(CH3COOH)比原平衡时大。电离平衡右移,离子的浓度不一定增大,如在CH3COOH溶液中加水稀释或加少量NaOH固体,都会引起平衡右移,但c平(CH3COOH)、c平(H+)都比原平衡时要小。电离平衡右移,电离程度也不一定增大,如增大弱电解质的浓度,电离平衡向右移动,弱电解质的电离程度减小。
1.电离平衡的建立与特征
2.外界条件对电离平衡的影响
影响因素
原因
分析
电离平衡
移动方向
电离程度
变化
温度
电离是吸热的
升高温度,
正向移动
变大
改变弱
电解质
浓度
加水稀释
正向移动
变大
增大弱电解
质的浓度
正向移动
变小
影响因素
原因
分析
电离平衡
移动方向
电离程度
变化
同离子
效应
增大了生成的离子的浓度
逆向移动
变小
化学
反应
减小了生成的离子的浓度
正向移动
变大
1.稀氨水中存在着平衡:NH3·H2ONHeq \o\al(+,4)+OH-,若要使平衡向逆反应方向移动,同时使c(OH-)增大,应加入的物质或采取的措施是( )
①NH4Cl固体 ②硫酸 ③NaOH固体
④水 ⑤加热 ⑥加入少量MgSO4固体
A.①②③⑤
B.③
C.③④⑥
D.③⑤
B [①若在氨水中加入NH4Cl固体,c(NHeq \o\al(+,4))增大,平衡向逆反应方向移动,c(OH-)减小,错误;②硫酸中的H+与OH-反应,使c(OH-)减小,平衡向正反应方向移动,错误;③当在氨水中加入NaOH固体后,c(OH-)增大,平衡向逆反应方向移动,符合题意;④若在氨水中加入水,稀释溶液,平衡向正反应方向移动,但c(OH-)减小,错误;⑤电离属于吸热过程,加热平衡向正反应方向移动,c(OH-)增大,错误;⑥加入MgSO4固体,MgSO4电离出的Mg2+与氨水中的OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,使平衡向正反应方向移动,且溶液中c(OH-)减小,错误。]
探究二 电离平衡常数及其应用
下表是几种弱酸在常温下的电离常数:
CH3COOH
H2CO3
H2S
H3PO4
1.75×10-5
K1=4.2×10-7
K2=5.6×10-11
K1=1.3×10-7
K2=7.1×10-15
K1=7.1×10-3
K2=6.2×10-8
K3=4.5×10-13
3.将稀H3PO4溶液适当加热,H3PO4的各步电离常数如何变化?
提示: 均增大。
4.H2CO3的K1≫K2的理由是什么?
提示: 第一步产生的H+抑制了第二步电离。
1.H2CO3、H2S、H3PO4酸性强弱顺序如何?
提示: H3PO4>H2CO3>H2S。
2.COeq \o\al(2-,3)、S2-、POeq \o\al(3-,4)结合H+的能力大小顺序如何?
提示: S2->POeq \o\al(3-,4)>COeq \o\al(2-,3)。
1.电离平衡常数的表示方法
ABA++B- K=eq \f(c平(A+)·c平(B-),c平(AB))
(1)一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如:CH3COOHCH3COO-+H+
Ka=eq \f(c平(CH3COO-)·c平(H+),c平(CH3COOH));
NH3·H2ONHeq \o\al(+,4)+OH-
Kb=+,4)eq \f(c平(NH)·c平(OH-),c平(NH3·H2O))
。
(2)多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的,每步各有电离平衡常数,通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如:
H2CO3H++HCOeq \o\al(-,3) Ka1=-,3)eq \f(c平(HCO)·c平(H+),c平(H2CO3))
;
HCOeq \o\al(-,3)H++COeq \o\al(2-,3) Ka2=2-,3)eq \f(c平(H+)·c平(CO),c平(HCOeq \o\al(-,3)))
。
多元弱酸各步电离常数的大小比较为Ka1≫Ka2,因此,多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定(八字诀:分步进行,一步定性)。
多元弱碱的电离比较复杂,通常多元弱碱的电离可写成一步,如Fe(OH)3Fe3++3OH-。
2.电离常数的影响因素
3.电离平衡常数的三大应用
(1)判断弱酸(或弱碱)的相对强弱:电离常数越大,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)判断微粒浓度比值的变化。
名师提醒
电离平衡常数应用的注意事项
(1)比较多元弱酸的酸性强弱时,只比较第一步电离的电离平衡常数大小。
(2)同一弱电解质的电离平衡常数只与温度有关,与弱电解质的浓度无关。
2. 25 ℃时,部分物质的电离平衡常数如表所示:
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡
常数/
(mol·L-1)
1.8×10-5
Ka1=4.3×10-7
Ka2=5.6×10-11
3.0×
10-8
请回答下列问题:
(1)写出CH3COOH、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序__________________________________。
(2)写出同浓度的CH3COO-、HCOeq \o\al(-,3)、COeq \o\al(2-,3)、ClO-结合H+的能力由强到弱的顺序____________________________________________。
(3)在Na2CO3溶液中加CH3COOH能产生CO2气体,试从电离平衡常数的角度解释其原因_____________________________。
(4)下列能使醋酸溶液中CH3COOH的电离程度增大,而电离平衡常数不变的操作是____________(填字母)。
A.升高温度
B.加水稀释
C.加少量的CH3COONa固体
D.加少量冰醋酸
解析: (1)K越大,对应酸的酸性越强,根据表中K的数值可知酸性:CH3COOH>H2CO3>HClO。(2)根据表中K数值可知,酸性:CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO eq \o\al(-,3),则结合H+的能力:CO eq \o\al(2-,3)>ClO-> HCO eq \o\al(-,3)>CH3COO-。(3)根据表中K的数值可知,酸性:CH3COOH>H2CO3,较强的酸能制取较弱的酸。(4)升高温度,CH3COOH的电离程度变大,但K增大;加水稀释,CH3COOH⥫⥬CH3COO-+H+右移,K不变;加CH3COONa晶体,醋酸电离平衡左移,其电离程度减小,K不变;加入少量冰醋酸,虽然CH3COOH⥫⥬CH3COO-+H+右移,但其电离程度减小。
答案: (1)CH3COOH>H2CO3>HClO
(2)COeq \o\al(2-,3)>ClO->HCOeq \o\al(-,3)>CH3COO-
(3)醋酸的电离平衡常数比H2CO3的大,醋酸酸性较强,较强的酸可制备较弱的酸
(4)B
1.已知三个数据:①7.2×10-4 mol·L-1、②4.6×10-4 mol·L-1、③4.9×10-10 mol·L-1分别是三种酸的电离平衡常数。若这些酸可发生反应:NaCN+HNO2===HCN+NaNO2,NaCN+HF===HCN+NaF,NaNO2+HF===HNO2+NaF,则下列叙述正确的是( )
A.HF的电离平衡常数是①
B.HNO2的电离平衡常数是①
C.HCN的电离平衡常数是②
D.HNO2的电离平衡常数是③
A [根据题中给出的三个反应,利用强酸制弱酸的规律,可判断酸性:HF>HNO2>HCN,酸性越强电离平衡常数越大,由此推出HF的电离平衡常数为7.2×10-4 mol·L-1,HNO2的电离平衡常数为4.6×10-4 mol·L-1,HCN的电离平衡常数为4.9×10-10 mol·L-1。]
2.现有0.1 mol·L-1氨水10 mL,加蒸馏水稀释到1 L后,下列变化中正确的是( )
①电离程度增大 ②c平(NH3·H2O)增大
③NHeq \o\al(+,4)数目增多 ④c平(OH-)增大 ⑤导电性增强 ⑥+,4)eq \f(c平(NH),c平(NH3·H2O))
增大 ⑦+,4)eq \f(c平(NH)·c平(OH-),c平(NH3·H2O))
减小
A.①②③
B.①③⑤
C.①③⑥
D.②④⑥
C [氨水中的溶质属于弱电解质,存在电离平衡:NH3·H2ONHeq \o\al(+,4)+OH-,加水稀释,平衡正向移动,电离程度增大,NHeq \o\al(+,4)和OH-的物质的量增大,但c平(NH3·H2O)、c平(OH-)均减小,溶液的导电性减弱,故①③正确,②④⑤错误;氨水稀释过程中,由于n(NHeq \o\al(+,4))增多,n(NH3·H2O)减小,故+,4)eq \f(c平(NH),c平(NH3·H2O))
增大,⑥正确;Kb=+,4)eq \f(c平(NH)·c平(OH-),c平(NH3·H2O))
,加水稀释时,Kb不变,⑦错误。]
3.下列叙述不正确的是( )
A.pH相等、体积相等的盐酸和醋酸加水稀释10倍后,前者的pH大于后者
B.pH相等、体积相等的盐酸和醋酸分别中和0.1 mol·L-1 NaOH溶液,消耗NaOH溶液体积相等
C.等浓度、等体积的盐酸和醋酸与足量的锌粉反应,开始时前者产生H2的速率大于后者,最终产生H2的量相等
D.等浓度、等体积的盐酸和醋酸分别中和0.1 mol·L-1NaOH溶液,消耗NaOH溶液体积相等
B [pH相等、体积相等的盐酸和醋酸加水稀释10倍后,由于醋酸是弱酸,稀释过程中电离程度变大,稀释后醋酸的酸性强,pH小,A正确;pH相等、体积相等的盐酸和醋酸,由于醋酸是弱酸,浓度比盐酸大,消耗NaOH溶液体积大,B错误;等浓度、等体积的盐酸和醋酸与足量的锌粉反应,由于醋酸是弱酸,开始时c平(H+)小,产生H2的速率小,但是由于二者浓度相等,所以最终产生H2的量相等,C正确;浓度相等、体积相等,则物质的量就相等,二者消耗同浓度NaOH溶液的体积相等,D正确。]
4.在某温度下,一定体积的冰醋酸(纯醋酸)加水稀释过程中,溶液的导电能力如图所示,试回答下列问题。
(1)起点时导电能力为0的原因是___________________。
(2)用湿润的pH试纸测量a处溶液的pH ,测量结果________________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(3)比较a、b、c三点的下列数据大小关系:
①pH:________________;
②醋酸的电离程度:________________;
③醋酸的电离平衡常数:________________;
④a、b、c三点的溶液分别用1 mol·L-1氢氧化钠溶液恰好中和时,消耗氢氧化钠溶液的体积:________________。
(4)若使c点溶液中c平(CH3COO-)增大、c平(H+)减小,可采用的措施有:①____________________,②________________(加入两类不同的物质)。
(5)b点后,随着c(CH3COOH)的降低,下列始终保持增大趋势的是________________(填字母)。
A.c(H+)
B. n(H+)
C.n(CH3COOH)
D.eq \f(c(H+),c(CH3COOH))
答案: (1)冰醋酸中无自由移动的离子 (2)偏小 (3)①c>a>b ②c>b>a ③a=b=c ④a=b=c (4)①加NaOH固体 ②加Na2CO3固体 (5)BD
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