苏教版选修4 弱电解质的电离平衡 学案 (1).doc

第一单元弱电解质的电离平衡1了解强、弱电解质的概念。2了解电解质在水溶液中的电离以及电解质溶液的导电性。3知道水的电离及水的离子积。4了解电离常数、电离度的概念及其简单计算，掌握弱电解质在水溶液中的电离平衡。1强电解质和弱电解质(1)电解质和非电解质电解质非电解质定义在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物在水溶液里和熔融状态下都不能导电的化合物化合物类型离子化合物(强碱、盐、部分金属氧化物)，部分共价化合物(酸、弱碱)部分共价化合物(包括大多数有机物)能否直接电离溶于水或熔融时能直接电离溶于水或熔融时，不能直接电离通电时的现象溶于水和熔融时能导电(被电解)溶于水或熔融时不能导电(无变化)实例h2so4、naoh、nacl、na2o等so3、nh3、ch4、c2h5oh、12h22o11等电解质、非电解质都是化合物，单质既不是电解质也不是非电解质。在水溶液里能够导电或熔融状态下能够导电，两个条件中只要具备一个的化合物即称为电解质，不必两个条件同时具备。在水溶液里或熔融状态时，化合物自身电离出自由移动的离子而导电时，才是电解质。如nh3、co2、p2o5等的水溶液能够导电，但nh3、co2、p2o5却是非电解质。电解质溶液的导电能力由自由移动的离子的浓度与离子所带的电荷数来决定。电解质不一定导电、导电物质不一定是电解质；非电解质不导电，但不导电的物质不一定是非电解质。【例11】下列物质的水溶液能导电，但属于非电解质的是()。ach3coohbcl2cnh4hco3 dso2点拨：选项中的四种物质的水溶液都能导电，但原因有所不同。ch3cooh和nh4hco3均为电解质，水溶液能导电；cl2和so2水溶液能导电，是因为它们与水反应的生成物均为电解质(cl2h2ohclhclo，so2h2oh2so3)，故溶液也导电。电解质和非电解质都属于化合物，cl2是单质，它既不是电解质又不是非电解质，因此只有so2为非电解质。答案：d(2)强电解质和弱电解质的比较强电解质弱电解质定义溶于水后全部电离的电解质溶于水后部分电离的电解质化合物类型离子化合物及具有强极性键的共价化合物某些具有极性键的共价化合物电离程度几乎100%电离只有部分电离电离过程不可逆过程，无电离平衡可逆过程，存在电离平衡溶液中存在粒子(水分子不计)只有电离出的阴、阳离子，不存在电解质分子既有电离出的阴、阳离子，又有电解质分子实例绝大多数的盐(包括难溶性盐)；强酸：h2so4、hcl、hclo4等；强碱：ba(oh)2、ca(oh)2等弱酸：h2co3、ch3cooh等弱碱：nh3h2o等电离方程式kno3=knoh2so4=2hsoch3coohhch3coonh3h2onhoh共同特点在水溶液中或熔融状态下都能产生自由移动的阴、阳离子电解质的强、弱与其溶解度无关。某些难溶(或微溶)的盐(如agcl、baso4等)，虽然其溶解度很小，但其溶于水的部分却是完全电离的，它们仍属于强电解质。有少数盐尽管能溶于水，但只有部分电离，仍属于弱电解质，如(ch3coo)2pb等。电解质的强弱与溶液导电能力没有必然联系。溶液导电能力关键是由单位体积内自由移动的离子数目的多少决定的，如某强电解质溶液浓度很小，那么它的导电能力就很弱，强电解质溶液的导电能力不一定强，只有在溶液的物质的量浓度相同的情况下，强电解质溶液的导电能力才比弱电解质溶液的导电能力强。【例12】下列物质是强电解质的是()。a硫酸钡 b石墨c浓硫酸 dhi点拨：强电解质首先是化合物(纯净物)，石墨为单质、浓硫酸是混合物，均不属于电解质和非电解质的讨论范围。baso4是离子化合物，难溶于水，但其溶于水的部分能完全电离，故属于强电解质。hi在水溶液中能完全电离(hi=hi)，故hi也是强电解质。答案：ad电解质和非电解质首先必须是纯净物，特别要注意的是溶液是混合物，不能称电解质，如硫酸是电解质，而稀硫酸不是电解质，而是电解质的溶液。2弱电解质的电离平衡一定温度下，当弱电解质在水溶液中电离达到最大程度时，电离过程并没有停止。此时弱电解质分子电离速率与离子结合成弱电解质分子的速率相等，溶液中分子和离子的浓度不再发生变化，达到电离平衡状态。(1)弱电解质的电离平衡的建立弱电解质在溶液中存在两个相反的过程，以醋酸为例：醋酸在水分子的作用下电离为ch3coo和h(ch3coohch3cooh)，同时溶液中的ch3coo、h相互碰撞结合为分子(ch3coohch3cooh)。当溶液中醋酸的电离与离子结合为分子的速率相等时，就达到了平衡状态电离平衡，故醋酸的电离方程式可写为：ch3coohch3cooh。电离平衡的建立过程如下图所示：弱电解质电离过程中离子生成和结合成分子的速率随时间的变化(2)弱电解质的电离平衡特征动：电离平衡是动态平衡，即弱电解质分子电离成离子的过程和离子重新结合成弱电解质分子的过程仍在进行，而没有停止。等：弱电解质分子电离成离子的速率和离子重新结合为弱电解质分子的速率相等，或者说单位时间里物质发生电离的分子数和离子重新结合生成物质的分子数相等。定：在溶液里离子的浓度和分子的浓度都保持不变。变：电离平衡状态的存在是有条件的，当支持电离的条件(如浓度、温度等)改变以后，电离平衡就会从原来的平衡状态变化为新条件下的电离平衡状态，这种变化又叫做电离平衡的移动(勒夏特列原理同样适用于电离平衡的移动)。【例2】h浓度相同的等体积的两份溶液a和b，a为盐酸，b为醋酸，分别和锌反应，若最后仅有一份溶液中存在锌，且放出的氢气的体积相等，则下列说法正确的是()。反应所需要的时间ba，开始反应时的速率ab，参加反应的锌的物质的量ab，反应过程的平均速率ba，盐酸里有锌剩余，醋酸里有锌剩余a b c d点拨：锌与盐酸和醋酸的反应本质相同都为锌与溶液中的h反应生成h2的过程。起始时c(h)相同，因此开始时反应速率相同；因放出h2的质量相同，所以参加反应的锌相等；随着反应的进行，醋酸的电离平衡被破坏，向着电离方向移动，故h的变化小于盐酸，所以在反应过程中醋酸溶液中生成氢气的速率大于盐酸中的；锌不可能在醋酸中剩余，因为醋酸能够提供的h远大于盐酸。答案：a3影响电离平衡的因素弱电解质的电离平衡也是动态平衡，则也存在电离平衡的移动，影响电离平衡的因素有内因和外因。(1)内因：电解质本身的性质决定了其电离程度的大小。(2)外因：温度：升高温度使电离平衡向电离方向移动，因为电离过程中需要破坏化学键，为吸热过程。浓度：降低浓度，电离平衡向电离的方向移动，因为离子相互碰撞结合为分子的几率减小。同离子效应：在弱电解质溶液中加入同弱电解质具有相同离子的强电解质，电离平衡向逆反应方向移动。以醋酸为例讨论电离平衡移动的方向，电离平衡方程式为ch3coohch3cooh：条件改变情况电离平衡移动方向c(ch3cooh)增大右c(ch3cooh)减小左c(ch3coo)增大左c(ch3coo)减小右c(h)增大左c(h)减小右温度升高右温度降低左加水稀释溶液右【例3】已知0.1 moll1的醋酸溶液中存在电离平衡：ch3coohch3cooh，要使溶液中值增大，可以采取的措施是()。a加少量烧碱溶液 b降低温度c加少量冰醋酸 d加水点拨：a选项naoh与h反应，使c(h)减小，平衡右移使c(ch3cooh)减小，但c(h)减小的程度大于c(ch3cooh)减小的程度，所以值减小；b选项降低温度使平衡左移，c(h)减小、c(ch3cooh)增大；c选项c(ch3cooh)增大使平衡右移，c(h)增大，但c(ch3cooh)增大的程度大于c(h)增大的程度，所以值减小；d选项加水稀释，假设电离平衡不移动，c(h)、c(ch3cooh)均减小相同倍数，但平衡右移使c(ch3cooh)减小的程度大，所以符合题意。答案：d因为电离平衡也属于化学平衡，所以我们在分析外界条件对电离平衡的影响时，要紧紧抓住化学平衡的观点进行分析。同时还要深刻理解勒夏特列原理：平衡向减弱这种改变的方向移动，移动的结果不能抵消或超越这种改变，即“果”不能大于“因”。4弱电解质的电离方程式的书写(1)强电解质由于强电解质完全电离，在书写电离方程式时用“”。易溶的强电解质如h2so42hsoba(oh)2 ba22oh难溶的强电解质caco3ca2cobaso4ba2so(2)弱电解质由于弱电解质部分电离，在书写电离方程式时用“”。一元弱酸或一元弱碱直接写一步电离如ch3coohch3coohnh3h2onhoh多元弱酸分步电离，应分步书写，不可合并如h2co3hhco；hcohco(3)多元弱碱分步电离(较复杂)，在中学阶段要求一步写出如cu(oh)2cu22oh(4)两性氢氧化物按两种方式电离如al(oh)3al33oh；al(oh)3alohh2o(3)酸式盐(1)强酸的酸式盐(如nahso4)水溶液中：nahso4nahso熔融状态：nahso4nahso(2)弱酸的酸式盐如nahco3nahco；hcohco硫酸氢钠是强酸的酸式盐，所以在溶液中是全电离生成钠离子、氢离子和硫酸根离子，表示为nahso4nahso【例4】下列电离方程式中，正确的是()。ah2s2hs2bnahco3nahcocnacl=nacldch3cooh=ch3cooh点拨：h2s是二元弱酸，分步电离，分步写出，所以a不正确；nahco3为弱酸酸式盐，其中hco不能拆分为离子形式，只能写成nahco3nahco；ch3cooh为弱酸，部分电离，其电离方程式中“=”应改为“”，d项错误。答案：c5电离平衡常数(1)在一定温度下，弱电解质达到电离平衡时，各种离子浓度系数次幂之积与溶液中未电离的分子浓度系数次幂之比是一个常数，该常数就叫电离平衡常数，简称电离常数，用k表示。对于弱电解质ab，abab达到电离平衡时，其电离常数为：k弱酸的电离常数常用ka表示，弱碱的电离常数常用kb表示。以ch3cooh、nh3h2o为例写出它们电离常数的表达式分别为：ka，kb。电离常数与化学平衡常数一样只随温度的变化而变化，由于电离是吸热的，所以电离平衡常数随着温度的升高而增大。(2)电离常数的意义：根据电离常数的大小，可以判断弱电解质的相对强弱，k值越大，电离程度越大，即表示该电解质越强。所以从ka或kb的大小，可以判断弱酸和弱碱的相对强弱。如碳酸的一级电离平衡常数和二级电离平衡常数分别为k14.4107，k24.71011。(3)对于多元弱酸来说，因为第一步电离生成的h会对第二步电离产生抑制，所以以第一步为主。一般k1k2k3，即第二步电离通常比第一步电离难得多，第三步电离又比第二步难得多，因此比较弱酸酸性相对强弱时，通常只考虑第一步电离。【例5】下表是几种常见弱酸的电离平衡常数(25 )。酸电离方程式电离平衡常数kch3coohch3coohch3cooh1.76105h2co3h2co3hhcohcohcok14.31107k25.611011h2sh2shhshshs2k19.1108k21.11012h3po4h3po4hh2poh2po4hhk17.52103k26.23108k32.201013回答下列各题：(1)当温度升高时，k值_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)在温度相同时，各弱酸的k值不同，那么k值的大小与酸性的相对强弱有何关系？(3)若把ch3cooh、h2co3、hco、h2s、hs、h3po4、h2po、都看作是酸，其中酸性最强的是_，最弱的是_。(4)多元弱酸是分步电离的，每一步都有相应的电离平衡常数，对于同一种多元弱酸的k1、k2、k3之间存在着数量上的规律，此规律是_，产生此规律的原因是_。点拨：(1)弱电解质的电离过程为吸热过程，所以升高温度，电离平衡向右移动，c(h)、c(a)增大，c(ha)减小，所以k值增大；(2)k值越大，电离出的氢离子浓度越大，所以酸性越强；(3)比较这几种粒子的电离常数可知，h3po4酸性最强，hpo酸性最弱；(4)由于上一级电离对下一级电离的抑制作用，使得上一级电离常数远大于下一级的电离常数。答案：(1)增大(2)k值越大，电离出的氢离子浓度越大，所以酸性越强(3)h3po4(4)k1k2k311051010上一级电离产生的h对下一级电离有抑制作用。6弱电解质的电离度(1)电离度的表达式100%。即100%(c：电解质浓度，c：已电离电解质浓度)或100%(2)意义：表示了弱电解质的电离程度的相对强弱。(3)影响电离度的因素温度：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，电离度增大。浓度：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，但电离度减小。若降低弱电解质溶液浓度，平衡向电离方向移动，电离度增大。其他电解质的加入：加入能电离出与弱电解质相同离子的强电解质时，会使弱电解质电离度降低等。对比分析强、弱酸稀释时c(h)变化的倍数。强酸稀释到n倍，c(h)变为倍；弱酸稀释到n倍，c(h)变化小于倍。【例6】25 时，在0.5 l 0.2 moll1的ha溶液中，有0.01 mol的ha电离成离子。求该温度下的电离常数和电离度。解析：由题意可得如下“电离平衡模式”： haha起始物质的量0.5 l0.2 moll1 00已电离的物质的量0.01 mol 0.01 mol0.01 mol平衡时的物质的量0.09 mol 0.01 mol0.01 mol该溶液中含h和a的物质的量浓度为：c(h)c(a)0.01 mol0.5 l0.02 moll1。ha分子的平衡浓度为：c(ha)0.09 mol0.5 l0.18 moll1。故ha的电离平衡常数为：k2.22103，电离度100%10%。答案：该温度下电离平衡常数为2.22103，电离度为10%。7常见的弱电解质(1)水的电离水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离，其电离方程式为：2h2oh3ooh，通常简写为：h2ohoh。从水电离的方程式可知，在水中加入酸或是加入碱都会抑制水的电离。(2)水的离子积常数水的电离过程也是一个可逆过程，因此也存在电离平衡常数：k电离。则c(h)c(oh)k电离c(h2o)。从实验可知，在25 时1 l纯水中只有1107 mol h2o电离，而c(h2o)55.6 moll1可视为一常数，k电离也为一常数。所以k电离c(h2o)必然也为常数，用kw表示，因此有c(h)c(oh)kw。kw为水的离子积常数，简称为水的离子积。在25 水电离的c(h)c(oh)1107 moll1，所以kw110711071014水的离子积常数是指溶液中的氢离子与溶液中的氢氧根离子浓度的乘积，而不是水电离出的氢离子和氢氧根离子的乘积。同化学平衡常数一样，水的离子积常数只受温度影响，由于水的电离是吸热的，因此随温度升高，水的离子积(kw)逐渐增大。不同温度下的kwt/kw251.01014557.31014802.510131005.51013【例71】25 时，把1 ml 0.1 moll1的h2so4加水稀释成2 l溶液，在此溶液中由水电离产生的h的浓度为()。a1104 moll1 b1108moll1c11011moll1 d11010moll1点拨：稀释后h2so4溶液中c(h)104 moll1，c(oh)11010 moll1，则c(oh)c(h)h2o11010moll1答案：d【例72】水的电离过程为h2ohoh。在25 时，水的离子积：kw11014；在35 时，水的离子积：kw2.11014，则下列叙述正确的是()。ac(h)随着温度的升高而减小b35 时，c(h)c(oh)c35 时的水比25 时的水电离程度小d水的电离是吸热的点拨：由题中条件可以看出，温度升高时，kw增大，则纯水中c(h)和c(oh)增大，但是始终相等，25 ：c(h)c(oh)1107 moll1；35 ：c(h)c(oh)1.45107 moll1。因温度升高，水的电离平衡向正反应方向移动，故水的电离为吸热反应。答案：d8判断电离平衡移动的方向、电离程度、离子浓度、导电能力的变化的方法当外界条件发生改变时，电离平衡会被破坏，平衡的移动会导致弱电解质平衡体系中各微粒的浓度发生变化，但变化的情况需运用勒夏特列原理去具体分析。(1)以0.1 moll1的ch3cooh为例(ch3coohhch3coo)，当改变条件，其平衡移动方向、ka、n(h)、c(h)、导电性、电离度变化如下表所示：平衡移动方向平衡常数kan(h)c(h)导电性电离度加水稀释右移不变增大减小减弱增大加冰醋酸右移不变增大增大增强减小升温右移增大增大增大增强增大加ch3coona左移不变减小减小增强减小加naoh右移不变减小减小增强增大电离过程需吸收能量，所以，升高温度电离平衡正向移动；加水稀释，电离平衡向电离方向移动，由于溶液体积增大是主要的，故溶液中离子总浓度减小，导电能力减弱。但对很浓溶液加水稀释或纯电解质加水稀释，溶液的导电能力变化情况就不同了。注意：电离平衡的移动完全符合勒夏特列原理，故运用勒夏特列原理迁移到电离平衡的移动(电离度相当于转化率，离子浓度相当于生成物的平衡浓度，分子浓度相当于反应物的平衡浓度等)。(2)冰醋酸稀释过程中c(h)的变化：在向醋酸中加水之前，醋酸分子尚未电离，c(h)0。在加水稀释之后，醋酸的电离开始，随着水的逐渐加入，电离平衡逐渐向生成ch3coo和h的方向移动。在此过程中v(液)和n(h)都逐渐增大。那么c(h)是增大、减小还是不变呢？对此可以这样分析：h是从0开始增加，自然c(h)也是从0开始增加。再以极限的观点来看，当加水至醋酸浓度非常小时，c(h)又非常接近于0。从两端看中间，c(h)变化的全过程是：小(0)大小(近于0)。对c(h)变化的过程，还可用图像近似地表示出来(见下图)。【例81】一定温度下，冰醋酸加水稀释过程中溶液的导电能力有如下图所示曲线，请回答。(1)“o”点为什么不导电_。(2)a、b、c三点的氢离子浓度由小到大的顺序为_。(3)a、b、c三点中，醋酸的电离程度最大的一点是_。(4)若使c点溶液中的c(ch3coo)提高，在如下措施中，可选择()。a加热b加很稀的naoh溶液c加固体kohd加水e加固体ch3coonaf加zn粒(5)在稀释过程中，随着醋酸浓度的降低，下列始终保持增大趋势的量是()。ac(h) bh个数cch3cooh分子数 d点拨：(1)因为冰醋酸未电离，无离子。(2)从图像可知a、b、c三点导电能力大小顺序为bac，说明溶液中h离子浓度大小顺序为 bac。(3)因为在一定温度下，溶液越稀电离程度越大，因此c点的电离程度最大。(4)在醋酸溶液中存在下列平衡：ch3coohch3coo hh0。由此可知加热以及加固体koh、加zn粒均可使平衡正向移动，且c(ch3coo)增大。加入很稀的naoh溶液，加水虽也可使平衡正向移动，但因溶液冲稀，所以c(ch3cooh)、c(ch3coo)减小。加入固体ch3coona，平衡逆向移动，但因加入较多ch3coo，故使其浓度增大，因此答案为a、c、e、f。(5)在稀释过程中，ch3cooh的电离程度增大，因而h个数肯定增大，ch3cooh分子数不断减小， ，所以不断增大，因而选b、d。答案：(1)因为冰醋酸未电离，无离子(2)cab(3)c(4)a、c、e、f(5)b、d【例82】(2011福建龙岩一中段考)在相同温度时100 ml 0.01 moll1的醋酸溶液与10 ml 0.1 moll1的醋酸溶液相比较，下列数值前者大于后者的是()。a中和时所需naoh的量b由水电离出的c(h)ch的浓度dch3cooh的物质的量点拨：c(ch3cooh)越小，溶液的酸性越弱，c(h)对水的电离的抑制程度就越小，故b正确。答案：b9探究物质的导电性应注意的问题(1)电解质、非电解质的导电性电解质在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物。注意：能导电的物质不一定就是电解质，如铜、石墨等；电解质不一定能导电，如熔融的nacl能导电，但nacl晶体、hcl气体等均不导电。非电解质在水溶液中和熔融状态下都不能导电的化合物。在水溶液中能导电的化合物也有可能是非电解质，如so2、nh3的水溶液能导电，是因其与水作用后的生成物电离所致，并非自身电离出自由离子，所以它们是非电解质。(2)离子化合物、共价化合物的导电性离子化合物阴、阳离子间通过离子键形成的化合物。固态不导电，溶于水或受热熔化时能导电。共价化合物不同的原子间通过共用电子对形成的化合物。液态都不导电，只有部分共价化合物溶于水时能导电。如能证明氯化氢是共价化合物的事实只能是：液态氯化氢不导电。(3)导电性强弱与电解质强弱的关系电解质溶液的导电性强弱与溶液中自由移动的离子浓度和离子所带的电荷数有关。强电解质溶于水后完全电离的电解质；弱电解质溶于水后只有部分电离的电解质。强电解质溶液的导电性不一定比弱电解质溶液的导电性强。难溶性盐(如baso4、agcl等)在水中的溶解度极小，致使电离产生的离子浓度太小，因而导电能力很弱，但由于它们是离子化合物，在水溶液中溶解的那部分能完全电离，故它们仍属于强电解质。溶液导电性的强弱与电解质的强弱没有必然的联系。导电能力强的溶液不一定是强电解质的溶液，强电解质的溶液不一定导电能力就强。(4)导电性强弱与电离平衡移动的关系当外界条件(如温度、浓度等)发生变化时，会破坏原电离平衡。电离平衡的移动会引起离子浓度和溶液导电性的变化。以0.1 moll1 ch3cooh为例，加水稀释溶液的过程中导电能力变化的比较：冰醋酸加水稀释(如图1)0.1 moll1醋酸溶液加水稀释(如图2)_【例91】课题式学习是研究性学习的一种基本方式，其学习模式为：某化学兴趣小组在学习了电解质的有关知识后，老师提出了一个“电解质水溶液导电能力强弱的影响因素”的课题。让该小组来完成课题的研究，已知hcl在水中能完全电离。(1)他们首先用如图所示装置测1 moll-1的ch3cooh溶液和1 moll-1 hcl溶液的导电能力，接通电源后发现与hcl溶液相连的灯泡较亮，有同学认为乙酸是弱电解质，你_(填“同意”或“不同意”)他的观点，通过该现象你得到的结论是_。(2)他们又用上述装置测物质的量浓度相同的cuso4溶液和naoh溶液的导电能力，接通电源后发现与cuso4溶液相连的灯泡较亮，有同学认为naoh是弱电解质，你_(填“