摘要:
该高中化学高考复习讲义聚焦酸碱理论核心考点,系统整合电离理论、溶剂理论、质子理论、电子理论及软硬酸碱理论,按“定义内涵-适用边界-实例应用”逻辑串联知识,通过考点梳理(如拉平/区分效应辨析)、方法指导(两性物质判断技巧)、真题训练(含12道典型题及解析),帮助学生构建理论应用框架,突破非水体系电离、配合物稳定性分析等难点。
讲义创新采用“理论对比+素养落地”教学策略,如质子理论模块设计“微粒酸碱属性判断”任务,结合H₂O、HCO₃⁻等实例培养科学思维。设置基础(概念辨析)、提升(跨理论应用)、综合(工业情境分析)分层练习,配合即时反馈解析,高效强化学生用化学观念解决复杂问题的能力,为教师精准把控复习节奏提供清晰路径。
内容正文:
高考·化学反应原理中的疑难问题
疑难杂症8 酸碱理论简介
一、酸碱电离理论
1887年瑞典化学家阿仑尼乌斯(S.A.Arrhenius)提出酸碱电离理论。
酸—在水溶液中凡是能够电离出H+的物质叫做酸;
碱—在水溶液中凡是能够电离出OH―的物质叫做碱。
如:H2SO4=2H++SO42―, HNO3=H++NO3― 所以硫酸与硝酸都是酸;
NaOH=Na++OH―,Ca(OH)2 =Ca2++2OH― 所以氢氧化钠和氢氧化钙都是碱。
局限性:
⑴只适用于水溶液不适用于非水溶液
⑵不能解释有的物质(NH3)不含OH―,却具有碱性;有的物质(AlCl3)不含H+却具有酸性。
二、酸碱的溶剂理论
1905年美国科学家弗兰克林(E.C.Franklin)提出了酸碱溶剂理论
酸:凡是能够电离产生溶剂正离子物质的为酸;
碱: 凡是能够电离产生溶剂负离子的为碱。
酸碱反应:正离子与负离子结合生成溶剂分子的过程。
如:水溶液,水为溶剂,2H2OH3O++OH―
在水溶液中,酸:凡是能够产生H+的为酸, HCl
碱:凡是能够产生OH―的为碱。NaOH
酸性(非水)质子溶剂
(自电离) 2H2SO4 H3SO4++HSO4- Kθ=3×10-4
液态HF:3HFH2F++HF2- Kθ=2×10-12
碱性(非水)质子溶剂
2 NH3NH4++NH2- Kθ=5×10-27
液NH3在很多方面类似于水,许多反应都类似于水中的反应:
自电离 2H2OH3O++OH- 2NH3NH4++NH2-
中和反应 OH-+H+H2O NH4++NH2-2NH3
两性反应 Zn2++2OH-→Zn(OH)2↓→Zn(OH)42- (OH-过量)
Zn2++2NH2-→Zn(NH2)2↓→Zn(NH2)42- (NH2-过量)
拉平效应和区分效应
拉平效应:溶剂将酸或碱的强度拉平的作用,称为溶剂的“拉平效应”。具有拉平效应的溶剂,称为拉平溶剂。
水对强酸起不到区分作用,水能够同等程度地将HClO4,HCl,HNO3等强酸的质子全部夺取过来。水的碱性是这些强酸产生拉平效应的因由。在液氨中醋酸也成为强酸。
区分效应:用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来,称为溶剂的“区分效应”。具有区分效应的溶剂,称为区分溶剂。
如:H2O可以区分HAc,HCN酸性的强弱。
冰醋酸可以把四者的酸性分辨开来。所以冰醋酸称为HClO4 , H2SO4 , HCl , HNO3的区分溶剂。而 H2O 对四者有拉平效应, H2O 是四者的拉平试剂。
三、酸碱质子理论
1923年丹麦化学家布朗斯特(J.N.Brönsted)与英国化学家劳莱(T.M.Lorry) 提出了酸碱质子理论
1、酸:凡是能够给出质子(H+)的物质,(包括分子和离子)都是酸;酸是质子给予体,碱是质子接受体
酸碱反应是质子转移的过程。
例: HAc → H+ +Ac- NH4+ → H+ +NH3
酸 碱 酸 碱
2、碱:凡是能够接受质子的物质都为碱。
例:NH3+ H+ → NH4+ Ac-+ H+ → HAc
碱 酸
酸碱的强弱:酸给出质子的能力(酸性)越强,共轭碱加合质子的能力(碱性)就越弱;
碱加合质子的能力越强,共轭酸给出质子的能力就越弱
酸碱反应的实质:两个共轭酸碱对之间的质子传递。
反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱的方向进行
四、酸碱的电子理论
1923年,美国化学家路易斯(G.N.Lewis)提出了酸碱的电子理论。
酸—凡是能够接受电子对的分子或离子都是酸;
碱—凡是能够给出电子对的分子或离子都为碱。
Lewis酸碱反应是电子对给予体与接受体形成共价键的反应
A(酸)+:B(碱) = A←:B
把 Lewis酸称作电子接受体或亲电试剂;
把 Lewis碱叫作电子给予体或亲核试剂。
Lewis酸碱的可能轨道重叠
属于Lewis酸的有:
①正离子:如Cu2+、Ni2+、Al3+,这些金属离子包含有可用于成键的未被占据的价轨道;
②含有价层未充满的原子的化合物,如BX3,AlX3;
③含有价层可扩展的原子的化合物,如SnCl4(利用空d轨道)。
属于Lewis碱的有:
①阴离子;
②具有孤对电子的中性分子,如NH3、H2O等;
③含Π键的分子(可将Π电子给出)。
酸取代反应
[ Cu (NH3)4 ]2++4 H+ =Cu2++4 NH4+
碱取代反应
[ Cu (NH3)4 ]2++2OH-=Cu(OH)2↓+4NH3
五、软硬酸碱理论
本世纪六十年代美国化学家佩尔松(R.G.Pearson)提出软硬酸碱理论
把 Lewis酸碱分成硬、交界和软的酸碱。
(1)Al3+是硬酸, 更易与硬碱如F-成键,Hg2+是软酸,易与软碱如I-成键。
(2)元素的硬度通常随氧化态的升高而增大,为了使处于高氧化态的元素稳定,必须使之与硬碱如O2-、OH-或F-配位。如Fe(VI)和Pt(VI)这样的高价态能够分别在化合物K2FeO4和PtF6中得到。相反,为了使元素处于低氧化态,则必须用软碱如CO或PR3与之配位。如Na[Co-1(CO)4]和Pt0[P(CH3)3]4这样的化合物中可以见到Co(-I)和Pt(0)。
(3)软硬酸碱原理还用来判断离子性盐在水中的溶解度。
如:Li+是硬酸,H2O、F-为硬碱,且硬度次序是 F->H2O, 因此Li+与F-结合稳定,在水中溶解度小,但遇到软性较大的Cl-、Br-、I-时,Li+趋向于与H2O结合,所以LiCl、LiBr、LiI在水中溶解度较大,且四种LiX随着卤离子软性的增加而溶解度逐渐增大。
相反,Ag+是软酸,趋向于与软碱结合。所以随着卤离子半径增加,软度增大,溶解度减小。
(4)判断配合物的稳定性:
如:[FeF]2+还是[FeBr]2+,为什么?
Fe3+电荷高、半径小为硬酸,F―的半径小于Br―的半径,所以F―的硬度大于Br―的硬度,Fe3+易与F―结合形成稳定的配合物,故稳定性最大的是[FeF]2+。
1、(1)酸碱溶剂理论认为:凡能离解而产生溶剂正离子的物质为酸,凡能离解而产生溶剂负离子的物质为碱。试写出液氨电离的方程式(生成的两种微粒电子数相等):_________。
(2)酸碱质子理论:凡能够给出质子(氢离子)的任何物质都是酸;凡能够接受质子(氢离子)的物质都是碱。按质子理论:下列微粒在水溶液既可看作酸又可看作碱的是________(填字母)。
A.H2O B.NH4+ C.OH- D.HCO3- E.CH3COO- F.Cl-
(3)1923年路易斯(Lewis)提出了广义的酸碱概念。凡是能给出电子对而用来形成化学键的物质是碱;凡是能和电子对结合形成化学键的物质是酸。如:
H+ + [∶OH]- ―→ H∶OH
酸(电子对接受体) 碱(电子对给予体) 反应产物
试指出下列两个反应中的酸或碱:
①H3BO3+H2OH++B(OH)4-,该反应中的碱是________(填“H3BO3”或“H2O”)。
②NaH+H2O===NaOH+H2↑,该反应中的酸是________(填“NaH”'或“H2O”)。
2、(1)水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离。同水一样,H2O2也有极微弱的自偶电离,其自偶电离的方程式:_______;液氨也有自偶电离,其自偶电离的方程式为_______。
(2)乙醇的自偶电离方程式:_______;其离子积Kw=_______。
(3)单质碘与氟气反应可制得IF5,实验表明液态IF5具有一定的导电性,研究人员发现产生这一现象的可能原因在于IF5的自偶电离,如生成的+1价阳离子为IF4+,对应阴离子为_______。
3、广义酸碱理论认为,中心原子可以接受电子对的分子为酸,可以提供电子对的分子为碱。按照该理论,BCl3属于_______(填“酸”或“碱”),BCl3和碱反应形成的化学键类型是_______。
4、根据酸碱质子理论,给出质子(H+)的物质是酸,给出质子的能力越强,酸性越强。已知:N2H5++NH3=NH4++N2H4,N2H4+CH3COOH=N2H5++CH3COO―,下列酸性强弱顺序正确的是
A. N2H5+>N2H4>NH4+ B. N2H5+>CH3COOH>NH4+
C. NH3>N2H4>CH3COO― D. CH3COOH>N2H5+>NH4+
5、H2O(l)、NH3(l)均可自耦电离:2H2O(l)H3O++OH- 2NH3(l)NH4++NH2-。下列反应与→CH3CH2OH+HBr原理不同的是
A. B.
C. D.
1.H2O(l)、NH3(l)均可自耦电离:2H2O(l)H3O++OH- 2NH3(l)NH4++NH2-。下列反应与CH3CH2OH+HBr原理不同的是
A. B.
C. D.
2.液氨与水相似,也存在着微弱的自偶电离:2NH3NH4++NH2-。对该体系的说法中错误的是
A.一定温度下,液氨中c(NH4+)与c(NH2-)的乘积为一常数
B.只要不加入其他物质,液氨中c(NH4+)总是与c(NH2-)相等
C.液氨的电离达到平衡时,c(NH3)=c(NH2-)=c(NH4+)
D.液氨中含有NH3、NH4+和NH2-
3.(1)电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物叫酸。这是1883年瑞典化学家阿伦尼乌斯(S.Arrhenius)提出的电离学说。试用有关方程式表示氨的水溶液呈弱碱性的原因:______________。
1923年丹麦化学家布朗斯特(Bronsted)和英国化学家劳里(Lowry)提出了酸碱质子理论。根据酸碱质子理论判断,下列粒子既可看作酸又可看作碱的是________(填序号)。
A.CH3COO- B.NH4+ C.H2O D.HSO3- E. OH- F. NO3-
(2)1923年路易斯(Lewis)提出了广义的酸碱理论:凡是能给出电子对的物质都是碱;凡是能接受电子对的物质都是酸。如:,即酸(电子对接受体)+碱(电子对给予体)→产物。
试指出下列两个反应中的酸或碱:
①,该反应中的碱是______(填“F-”或“H2O”)。
②,该反应中的酸是______(填“H3BO3”或“H2O”)。
答案及解析
1、【答案】NH3+NH3NH4++NH2― AD H2O H2O
【详解】(1)水的电离实质上是质子的转移,H2O+H2OH3O++OH-,因此,液氨中氨的电离即质子转移,可表示为NH3+NH3NH4++NH2―;(2)所给微粒中,能结合质子的有H2O、OH-、HCO3-、CH3COO-,能释放质子的有H2O、NH4+、HCO3-,因此既可看作酸又可看作碱的是H2O、HCO3-,答案选AD;(3)①中是H2O产生的OH-与H3BO3[B(OH)3]中的B原子形成化学键,OH-提供电子对,H2O是碱,答案填H2O;②中NaH电子式Na+[∶H]-,反应中H-提供的电子对与H2O电离的H+形成H2中的化学键,NaH是碱,H2O是酸,答案填H2O。
2、【答案】(1) H2O2+H2O2H3O2++HO2― 2NH3NH4++NH2-
(2) 2CH3CH2OHCH3CH2OH2++CH3CH2O― c(CH3CH2OH2+)·c(CH3CH2O―)
(3) IF6―
【解析】(1)水发生自偶电离,生成H3O+和OH-,也就是一个分子电离出的一个H+与另一个分子结合,则H2O2发生自偶电离,生成H3O2+和HO2―,其自偶电离的方程式:H2O2+H2O2H3O2++HO2―;液氨发生自偶电离,生成NH4+和NH2-,其自偶电离的方程式为2NH3NH4++NH2-。
(2)乙醇发生自偶电离,生成CH3CH2OH2+和CH3CH2O-,自偶电离方程式:2CH3CH2OHCH3CH2OH2++CH3CH2O-;其离子积Kw= c(CH3CH2OH2+)·c(CH3CH2O-)。
(3)IF5发生自偶电离,生成阳离子为IF4+,则另一IF5分子结合一个F-形成阴离子,从而得出对应阴离子为IF6―。
3、【答案】酸 配位键(或共价键)
【解析】BCl3的中心原子B原子没有孤电子对,不能提供电子对,但是其有空轨道,可以接受电子对,故按照该理论,其属于酸;BCl3的中心原子B原子有空轨道,可以接受电子对,氢氧根离子有孤电子对,则B原子提供空轨道,氢氧根离子提供孤电子对,故BCl3和碱反应形成的化学键类型是配位键(或共价键)。
4、【答案】D
【解析】根据复分解反应的规律,强酸能制得弱酸,根据酸碱质子理论,给出质子(H+)的物质是酸,则反应N2H4+CH3COOH=N2H5++CH3COO―中,酸性:CH3COOH>N2H5+,反应N2H5++NH3=NH4++N2H4中,酸性:N2H5+>NH4+,故酸性:CH3COOH>N2H5+>NH4+,答案选D。
5、【答案】C
【解析】A.根据题目信息可知,CH3CH2Br和H2O互相交换成分生成CH3CH2OH和HBr。由2H2O(l)⥫=⥬H3O++OH-可得,Mg3N2与H2O互相交换成分生成Mg(OH)2和NH3,与题述反应原理相同,A正确;
B.由于NH3(l)可自电离,2NH3可写为,与SiCl4交换成分生成Si(NH2)4和NH4Cl与题述反应原理相同,故B正确;
C.Cl2与NH3反应生成了单质N2,反应物没有互相交换成分,与题述反应原理不同,故C错误;
D.和PCl3互相交换成分生成了H3PO3和HCl,与题述反应原理相同,故D正确。
1、【答案】C
【解析】A.根据题目信息可知,CH3CH2Br和H2O互相交换成分生成CH3CH2OH和HBr。由2H2O(l)⥫=⥬H3O++OH-可得,Mg3N2与H2O互相交换成分生成Mg(OH)2和NH3,与题述反应原理相同,A正确;
B.由于NH3(l)可自电离,2NH3可写为,与SiCl4交换成分生成Si(NH2)4和NH4Cl与题述反应原理相同,故B正确;
C.Cl2与NH3反应生成了单质N2,反应物没有互相交换成分,与题述反应原理不同,故C错误;
D.和PCl3互相交换成分生成了H3PO3和HCl,与题述反应原理相同,故D正确。
2、【答案】C
【解析】一定温度下,液氨中c(NH4+)与c(NH2-)的乘积就是该平衡的平衡常数,A正确;c(NH4+)和c(NH2-)按1︰1生成,故只要不加入其他物质,液氨中c(NH4+)总是与c(NH2-)相等,B正确;液氨的电离达到平衡时,有 c(NH2-)=c(NH4+)但不一定与c(NH3)相等,C错误;从电离平衡中可以看出液氨中含有NH3、NH4+和NH2-几种粒子,D正确。
3、【答案】 NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH- CD F- H3BO3
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