3-2 弱电解质的解离平衡 同步作业 《化学（医药卫生类）》同步教学 高教版

主题三 溶液与水溶液中的离子反应 第二节 弱电解质的解离平衡 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 下列关于强电解质和弱电解质的说法，正确的是（ ） A. 强电解质在水溶液中完全解离，弱电解质部分解离 B. 强电解质的水溶液导电能力一定比弱电解质强 C. 强电解质都是离子化合物，弱电解质都是共价化合物 D. 强电解质的解离方程式用“⇌”表示，弱电解质用“=”表示 2. 下列物质中，属于弱电解质的是（ ） A. NaCl B. HCl C. CH₃COOH D. NaOH 3. 下列关于弱电解质解离平衡的说法，错误的是（ ） A. 解离平衡是动态平衡，解离速率等于结合速率 B. 达到解离平衡时，电解质分子和离子的浓度不再变化 C. 解离平衡受温度、浓度等外界因素影响 D. 弱电解质的解离平衡常数与浓度有关 4. 对于醋酸（CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺）的解离平衡，下列措施中能使解离平衡向正反应方向移动的是（ ） A. 加入醋酸钠固体 B. 加入盐酸 C. 加水稀释 D. 降低温度 5. 下列关于解离平衡常数（Ka）的说法，正确的是（ ） A. Ka越大，弱电解质的解离程度越小 B. Ka只与弱电解质的性质有关，与温度无关 C. 相同温度下，Ka越大，弱电解质的酸性越强 D. 多元弱酸的各级解离常数相等 6. 常温下，0.1 mol/L的醋酸溶液（Ka=1.8×10⁻⁵）的pH约为（ ） A. 1 B. 2.9 C. 4.7 D. 13 7. 对于氨水（NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻）的解离平衡，下列说法中正确的是（ ） A. 加入氯化铵固体，氨水的解离度增大 B. 升高温度，氨水的解离平衡常数增大 C. 加水稀释，溶液中OH⁻浓度一定减小 D. 氨水的浓度越大，其解离度越大 8. 下列操作中，能使弱电解质解离度增大的是（ ） A. 加入同离子化合物 B. 升高温度 C. 增大弱电解质浓度 D. 加入强酸（针对弱酸） 9. 常温下，pH=3的醋酸溶液和pH=3的盐酸溶液，下列说法中正确的是（ ） A. 两种溶液的H⁺浓度相等 B. 醋酸的浓度小于盐酸的浓度 C. 稀释相同倍数后，醋酸的pH大于盐酸 D. 中和等体积的两种溶液，消耗NaOH的物质的量相等 10. 工业上调控电镀液pH时，常利用弱电解质的解离平衡，其核心目的是（ ） A. 提高电镀液的导电性 B. 控制金属离子的水解平衡 C. 加快电镀反应速率 D. 降低电镀液的成本 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 强电解质在水溶液中______解离，解离方程式用______表示；弱电解质在水溶液中______解离，解离方程式用______表示。 2. 弱电解质的解离平衡是指在一定条件下，弱电解质的______速率等于______速率，溶液中分子和离子的浓度不再变化的状态，其特征包括______、______、______和______。 3. 影响弱电解质解离平衡的外界因素主要有______、______和______；温度升高，弱电解质的解离度______，解离平衡常数______。 4. 常温下，水溶液中H⁺浓度和OH⁻浓度的乘积为______，称为水的离子积常数（Kw）；pH的定义是______，pH=7的溶液呈______性。 5. 对于一元弱酸HA，其解离平衡常数Ka的表达式为______；Ka越大，说明HA的酸性______，解离程度______。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 弱电解质的解离平衡是动态平衡，解离和结合过程始终进行。（ ） 2. 相同浓度的强酸和弱酸，强酸的pH一定小于弱酸。（ ） 3. 加入同离子化合物，弱电解质的解离平衡向逆反应方向移动，解离度减小。（ ） 4. 弱电解质的解离平衡常数越大，其水溶液的导电能力越强。（ ） 5. 加水稀释弱电解质溶液，解离度增大，溶液中离子浓度一定增大。（ ） 6. 多元弱酸的解离是分步进行的，且第一步解离程度远大于后续步骤。（ ） 7. 常温下，pH=2的醋酸溶液，其解离度约为1%，则醋酸的浓度为0.01 mol/L。（ ） 8. 氨水的浓度越大，其pH越大，解离平衡常数也越大。（ ） 9. 弱电解质的解离是吸热过程，升高温度有利于解离平衡正向移动。（ ） 10. 工业上电镀时，通过加入缓冲溶液稳定电镀液pH，利用了弱电解质的解离平衡原理。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 请简述弱电解质解离平衡的核心概念（强/弱电解质区别、解离平衡建立、平衡特征、解离常数）及影响解离平衡的因素，结合具体实例（如醋酸溶液的解离平衡 CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺）分析浓度、温度、同离子效应对平衡的影响，说明弱电解质解离平衡知识在加工制造类专业中的应用价值（至少一例），如电镀液pH调控、金属腐蚀防护等。 2. 结合加工制造类专业，分析弱电解质解离平衡在电镀液pH调控中的应用，以镀锌工艺为例，电镀液中存在Zn²⁺的水解平衡（Zn²⁺ + 2H₂O ⇌ Zn(OH)₂ + 2H⁺）和醋酸-醋酸钠缓冲对（CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺），说明缓冲对稳定pH的原理，分析pH过高或过低对镀层质量的影响，解释如何通过调控解离平衡确保电镀液pH稳定（至少两种措施）。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 弱电解质解离平衡在加工制造领域的应用广泛，结合专业需求回答下列问题： （1）工业上用醋酸溶液进行金属表面处理，常温下0.1 mol/L的醋酸溶液（Ka=1.8×10⁻⁵），计算该溶液的pH和解离度（写出计算过程），分析温度升高对醋酸解离度和溶液pH的影响，说明醋酸溶液用于金属处理的优势（与盐酸相比）； （2）在金属腐蚀实验中，雨水的pH约为5.6，呈弱酸性，主要原因是空气中的CO₂溶于水形成碳酸（H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻，Ka1=4.4×10⁻⁷），计算常温下饱和CO₂溶液（浓度约0.03 mol/L）的pH，分析酸雨（pH<5.6）对金属腐蚀速率的影响，说明如何利用解离平衡原理降低酸雨环境下金属的腐蚀速率； （3）电镀镍工艺中，电镀液常用硼酸（H₃BO₃）作为缓冲剂，硼酸是一元弱酸（H₃BO₃ + H₂O ⇌ [B(OH)₄]⁻ + H⁺，Ka=5.8×10⁻¹⁰），分析硼酸作为缓冲剂的作用原理，说明若电镀液中H⁺浓度过高，如何通过调控解离平衡降低H⁺浓度（至少两种方法），解释缓冲剂浓度不足对电镀的不利影响； （4）工业上制备印刷电路板的蚀刻液中，常加入少量醋酸调节pH，避免FeCl₃水解（Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3H⁺），分析醋酸的加入对Fe³⁺水解平衡的影响，说明醋酸调节pH的原理（结合弱电解质解离平衡），若蚀刻液pH过高，会出现什么现象，如何处理； （5）某工厂在配制弱酸性电镀液时，使用了0.05 mol/L的甲酸（HCOOH，Ka=1.8×10⁻⁴）溶液，计算该溶液的pH，若向溶液中加入0.05 mol/L的甲酸钠（HCOONa）固体，计算混合溶液的pH（忽略体积变化），分析同离子效应对甲酸解离平衡的影响，说明混合溶液作为电镀液的优势。 2. 结合弱电解质解离平衡知识与加工制造实际，回答下列问题： （1）为什么电镀液中常加入缓冲溶液稳定pH？以醋酸-醋酸钠缓冲对为例，说明其抵抗外来少量酸、碱的作用原理，写出相关离子方程式，解释缓冲溶液失效的原因（如加入大量酸或碱），说明缓冲溶液在精密电镀中的重要性； （2）金属表面的氧化膜去除工艺中，常用稀醋酸代替盐酸，分析原因（结合弱电解质解离平衡），写出醋酸与氧化膜（如Al₂O₃）的反应方程式，说明醋酸浓度对氧化膜去除速率的影响，解释该工艺在精密零件加工中的优势； （3）工业上用氨水调节溶液pH沉淀金属离子（如Fe³⁺），氨水是弱电解质（NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻），分析氨水浓度对Fe³⁺沉淀完全程度的影响，说明为什么不能用强碱（如NaOH）代替氨水，写出Fe³⁺与OH⁻的反应方程式，解释该工艺在合金材料提纯中的应用； （4）在电池材料制备中，常用弱酸溶液调控反应体系pH，以磷酸（H₃PO₄，多元弱酸）为例，说明其分步解离的特点，分析第一步解离平衡（H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻）的影响因素，说明如何通过控制磷酸浓度和温度调控H⁺浓度，解释pH调控对电池材料性能（如纯度、晶体结构）的影响； （5）设计实验验证“同离子效应对弱电解质解离平衡的影响”，以醋酸溶液和醋酸钠固体为例，写出实验方案、预期现象与结论，说明该实验结论在工业溶液调控中的指导意义（至少一例），如电镀液pH稳定、试剂储存等。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. A 2. C 3. D 4. C 5. C 6. B 7. B 8. B 9. A 10. B （二）填空题 1. 完全；=；部分；⇌ 2. 解离；分子化（结合）；逆（可逆过程）；等（解离速率=结合速率）；动（动态平衡）；定（浓度不变）；变（条件改变平衡移动） 3. 浓度；温度；同离子效应；增大；增大 4. 1.0×10⁻¹⁴；-lgc(H⁺)；中 5. Ka = [CH₃COO⁻][H⁺]/[CH₃COOH]；越强；越大 （三）判断题 1. √ 2. √ 3. √ 4. × 5. × 6. √ 7. × 8. × 9. √ 10. √ 二、提升题 （一）简答题 1. 弱电解质解离平衡核心概念、影响因素及专业应用： ① 核心概念： 强/弱电解质区别：强电解质（如HCl、NaCl）水溶液中完全解离，用“=”表示；弱电解质（如CH₃COOH、NH₃·H₂O）部分解离，用“⇌”表示，解离程度受条件影响； 解离平衡建立：弱电解质溶于水后，解离速率逐渐减小，离子结合成分子的速率逐渐增大，当二者相等时，达到解离平衡； 平衡特征：逆（可逆过程）、等（v解离=v结合≠0）、动（动态平衡）、定（分子和离子浓度不变）、变（条件改变平衡移动）； 解离常数（Ka/Kb）：衡量弱电解质解离程度的常数，只与温度有关，Ka/Kb越大，解离程度越大，酸性/碱性越强。 ② 影响因素实例分析（CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺）： 浓度：加水稀释，平衡正向移动，解离度增大（离子浓度降低，但解离比例提高）；增大醋酸浓度，平衡正向移动，但解离度减小； 温度：解离为吸热过程，升高温度，平衡正向移动，解离度增大，Ka增大； 同离子效应：加入醋酸钠固体（提供CH₃COO⁻），平衡逆向移动，解离度减小，H⁺浓度降低，pH增大。 ③ 加工制造类应用价值：电镀工艺中，电镀液的pH需稳定在一定范围（如镀锌pH=4~6），以避免金属离子水解生成氢氧化物沉淀；利用醋酸-醋酸钠缓冲对的解离平衡，当溶液中H⁺浓度升高时，CH₃COO⁻结合H⁺生成CH₃COOH（平衡逆向移动）；当H⁺浓度降低时，CH₃COOH解离补充H⁺（平衡正向移动），从而稳定pH，确保镀层均匀致密。 2. 弱电解质解离平衡在电镀液pH调控中的应用： ① 醋酸-醋酸钠缓冲对稳定pH的原理： 缓冲对由弱酸（CH₃COOH）和其共轭碱（CH₃COO⁻）组成，存在解离平衡：CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺； 当加入少量酸（H⁺）时，CH₃COO⁻与H⁺结合生成CH₃COOH，平衡逆向移动，H⁺浓度变化不大； 当加入少量碱（OH⁻）时，OH⁻与H⁺结合生成H₂O，CH₃COOH解离补充H⁺，平衡正向移动，H⁺浓度变化不大，从而维持pH稳定。 ② pH对镀层质量的影响： pH过高：Zn²⁺水解平衡正向移动，生成Zn(OH)₂沉淀，导致电镀液浑浊，镀层出现麻点、脱落，附着力差； pH过低：H⁺浓度过高，在阴极优先放电生成H₂，导致镀层沉积速率减慢，出现针孔、气泡，表面粗糙。 ③ pH稳定的调控措施： 措施1：加入适量醋酸-醋酸钠缓冲对，利用解离平衡抵抗pH变化，缓冲对浓度需适中（如0.1~0.5 mol/L）； 措施2：定期监测pH，当pH过高时，加入少量稀醋酸（解离补充H⁺，平衡正向移动）；当pH过低时，加入少量醋酸钠固体（提供CH₃COO⁻，平衡逆向移动）； 措施3：控制电镀过程的电流强度，避免因析氢、析氧反应导致pH剧烈变化。 （二）综合分析题 1. 弱电解质解离平衡在加工制造中的应用分析： （1）醋酸溶液pH与解离度计算：① 计算过程：设解离的醋酸浓度为x，Ka = x²/(0.1 x) ≈ x²/0.1 = 1.8×10⁻⁵，解得x ≈ 1.34×10⁻³ mol/L；pH = -lg(1.34×10⁻³) ≈ 2.9；解离度α = x/0.1 × 100% ≈ 1.34%；② 温度影响：升高温度，解离平衡正向移动，解离度增大，H⁺浓度升高，pH减小；③ 优势：醋酸为弱酸，解离程度小，H⁺浓度温和，避免金属基体过度腐蚀，适用于精密零件表面处理；盐酸为强酸，腐蚀性强，易导致零件尺寸精度下降。 （2）碳酸溶液pH与酸雨腐蚀分析：① pH计算：Ka1 = x²/(0.03 x) ≈ x²/0.03 = 4.4×10⁻⁷，解得x ≈ 1.15×10⁻⁴ mol/L，pH ≈ 3.94；② 酸雨影响：pH<5.6时，H⁺浓度增大，金属腐蚀的电极反应速率加快（负极：Fe 2e⁻ = Fe²⁺，正极：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑）；③ 防护措施：在金属表面涂覆防护层（如油漆、镀层），隔绝CO₂和水；或在金属表面形成钝化膜，利用弱电解质解离平衡稳定钝化膜表面的pH。 （3）硼酸缓冲剂作用与pH调控：① 作用原理：硼酸解离生成[B(OH)₄]⁻和H⁺，当电镀液中H⁺浓度过高时，[B(OH)₄]⁻结合H⁺生成H₃BO₃，平衡逆向移动，降低H⁺浓度；② 调控方法：1. 加入少量氨水（NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻），OH⁻与H⁺结合，促进硼酸解离，平衡正向移动；2. 加入硼酸钠固体（提供[B(OH)₄]⁻），同离子效应使平衡逆向移动，H⁺浓度降低；③ 缓冲剂不足的影响：pH稳定性下降，镀层出现不均匀、脱落等缺陷，影响电镀质量。 （4）醋酸对Fe³⁺水解平衡的影响：① 影响：醋酸解离提供H⁺，使Fe³⁺水解平衡（Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3H⁺）逆向移动，抑制Fe(OH)₃沉淀生成；② 调节原理：醋酸为弱电解质，解离程度可控，缓慢释放H⁺，避免H⁺浓度过高；③ pH过高的现象：生成Fe(OH)₃红褐色沉淀，蚀刻液浑浊，蚀刻速率下降，线路腐蚀不均；处理方法：加入少量稀醋酸，补充H⁺，使水解平衡逆向移动。 （5）甲酸溶液pH计算与混合溶液优势：① 0.05 mol/L甲酸pH：Ka = x²/(0.05 x) ≈ x²/0.05 = 1.8×10⁻⁴，解得x ≈ 3.0×10⁻³ mol/L，pH ≈ 2.52；② 混合溶液pH：加入甲酸钠后，[HCOO⁻]≈0.05 mol/L，Ka = [HCOO⁻][H⁺]/[HCOOH] ≈ 0.05×[H⁺]/0.05 = [H⁺]，pH ≈ 3.74；③ 同离子效应：甲酸根离子抑制甲酸解离，H⁺浓度降低，pH升高；④ 混合溶液优势：pH稳定，作为电镀液可避免金属离子水解，镀层均匀，且甲酸根离子不影响电镀反应，适用于精密零件电镀。 2. 弱电解质解离平衡与加工制造实际应用分析： （1）缓冲溶液稳定pH的原理与应用：① 抗酸原理：加入少量酸，CH₃COO⁻ + H⁺ = CH₃COOH（平衡逆向移动）；抗碱原理：加入少量碱，CH₃COOH + OH⁻ = CH₃COO⁻ + H₂O（平衡正向移动）；② 失效原因：加入大量酸或碱，缓冲对中的弱酸或共轭碱耗尽，无法维持pH稳定；③ 精密电镀中的重要性：精密电子元件（如芯片引脚）电镀时，镀层厚度需控制在微米级，pH波动会导致镀层厚度不均、附着力差，影响元件的导电性和焊接性能，缓冲溶液可确保pH稳定，提高电镀精度。 （2）稀醋酸去除氧化膜的优势：① 原因：醋酸为弱电解质，解离平衡可控，H⁺浓度温和，避免过度腐蚀金属基体；盐酸为强酸，腐蚀性强，易导致零件表面粗糙；② 反应方程式：Al₂O₃ + 6CH₃COOH = 2Al(CH₃COO)₃ + 3H₂O；③ 浓度影响：浓度越高，H⁺浓度越大，氧化膜去除速率越快，但需控制在5%~10%，避免浓度过高导致腐蚀；④ 精密零件加工优势：去除氧化膜的同时保护金属基体，确保零件尺寸精度和表面光洁度，适用于航空航天、电子等领域的精密零件。 （3）氨水沉淀Fe³⁺的工艺分析：① 浓度影响：氨水浓度适中（5%~10%），OH⁻浓度温和，Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓，沉淀完全且不易生成胶体；浓度过高，OH⁻浓度过大，可能生成可溶性配合物；② 不用强碱的原因：NaOH为强电解质，OH⁻浓度过高，易导致Fe(OH)₃沉淀团聚，难以过滤，且可能腐蚀目标金属离子；③ 合金提纯应用：合金材料（如铝合金）提纯时，加入氨水调节pH=3~4，使Fe³⁺等杂质离子沉淀，而目标金属离子（如Al³⁺）留在溶液中，实现分离提纯。 （4）磷酸解离与电池材料pH调控：① 分步解离特点：H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻（Ka1=7.1×10⁻³），H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻（Ka2=6.3×10⁻⁸），HPO₄²⁻ ⇌ H⁺ + PO₄³⁻（Ka3=4.2×10⁻¹³），第一步解离为主，H⁺主要来自第一步；② 影响因素：增大磷酸浓度，H⁺浓度升高；升高温度，解离平衡正向移动，H⁺浓度增大；③ pH调控影响：电池材料（如磷酸铁锂）制备时，pH控制在2~4，可避免金属离子水解，提高产品纯度和晶体结构完整性，增强电池的充放电性能。 （5）同离子效应实验设计与意义：① 实验方案：取两支试管，分别加入等浓度、等体积的醋酸溶液，滴加2滴酚酞溶液（无明显现象）；向其中一支试管加入少量醋酸钠固体，搅拌溶解，对比两支试管的现象；再向两支试管中分别加入少量NaOH溶液，观察颜色变化；② 预期现象：加入醋酸钠的试管中，醋酸解离受到抑制，加入NaOH后，颜色变红的速率慢于另一支试管；③ 结论：同离子效应使弱电解质解离平衡逆向移动，解离度减小；④ 工业指导意义：工业上储存弱酸性试剂（如醋酸）时，可加入少量其共轭碱（如醋酸钠），抑制其解离和挥发；电镀液中加入缓冲对，利用同离子效应稳定pH，确保工艺稳定。 学科网（北京）股份有限公司 $