化学课件 弱电解质的电离平衡

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一、电离平衡常数1.电离平衡状态

(1)建立过程必备知识·素养奠基(2)电离平衡:弱电解质的电离平衡指在一定条件下(温度、浓度),弱电解质分子电离成离子的速率和离子结合成分子的速率相等时的状态。电离平衡是化学平衡的一种,同样具有化学平衡的特征,条件改变时平衡移动的规律符合勒·夏特列原理。(3)特点:电离平衡是动态平衡,弱电解质分子电离成离子过程和离子结合成弱电解质分子过程仍在进行且速率相等。【微思考】

如何判断一个弱电解质在水溶液中达到了电离平衡状态?提示:一是电离的速率和离子结合成分子的速率相等;二是各种离子和分子的浓度保持不变。

2.电离平衡常数(1)概念在一定条件下达到_________时,弱电解质电离形成的各种_____的浓度_____与溶液中未电离的_____的浓度之比。电离平衡常数简称电离常数。(2)影响因素电离常数服从化学平衡常数的一般规律,它只与_____有关,由于电离过程是_____过程,升温,K值_____。电离平衡离子乘积分子温度吸热增大(3)应用电离常数表征了弱电解质的_________,根据相同温度下电离常数的大小可以判断弱电解质电离能力的_________,K越大,表示弱电解质的电离程度_____,弱酸的酸性或弱碱的碱性相对_____。电离能力相对强弱越大越强(4)表达式①弱酸在水中的电离常数通常用Ka表示。例如CH3COOHH++CH3COO-,Ka=____________________。多元弱酸的电离是_____进行的,每一步电离都有各自的电离常数,如H2CO3电离:H2CO3+H+

Ka1=________________+H+

Ka2=______________且Ka1__Ka2。分步>②弱碱在水中的电离常数通常用Kb表示,例如NH3·H2O+OH-,Kb=________________。【情境·思考】硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。硼酸是一种白色粉末状结晶,有滑腻的手感,没有臭味,是一种外用杀菌剂、消毒剂和防腐剂。对多种细菌,霉菌都有抑制作用。可用于皮肤、粘膜、伤口、口腔、阴道、膀胱等冲洗消毒,也可用于耳炎,烧伤,烫伤,湿疹等。在临床上常常用于止血和防腐,如果不慎食用了,就会出现恶心、呕吐、腹痛、腹泻等胃肠道症状。已知,H3BO3的解离反应为H3BO3+H2OH++,Ka=5.81×10-10,据此回答:(1)判断H3BO3是什么酸?提示:由硼酸的解离反应式知,硼酸在水溶液中只能电离出一个H+,且不能完全解离,所以硼酸为一元弱酸。(2)写出H3BO3的电离平衡常数的表达式。提示:Ka=

3.电离度(1)概念:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,___________________占原有溶质分子数(包括已电离的和未电离的)的百分率。(2)表达式:α=________________×100%。已电离的溶质分子数【微思考】

对于同一种弱电解质来说,电离度越大,电离平衡常数就越大吗?提示:不一定。电离平衡常数只与温度有关,电离度与物质的浓度、温度等有关,所以二者没有直接的必然联系。

二、影响电离平衡的因素1.弱电解质电离程度的大小是由电解质___________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相同的离子,电离平衡_____移动(同离子效应)加入与弱电解质电离出的离子反应的离子,电离平衡_____移动正向正向逆向正向本身的性质【巧判断】(1)相同温度下,0.3mol·L-1的醋酸溶液与0.1mol·L-1的醋酸溶液的电离度相等。 (

)提示:×。随着溶液浓度的增加,弱电解质的电离平衡正向移动,所以二者的电离度不一样。(2)在醋酸溶液中加入NaOH溶液,可以使其电离平衡正向移动。 (

)提示:√。在醋酸溶液中加入NaOH溶液,可以中和氢离子,导致氢离子的浓度减小,使醋酸的电离平衡正向移动。关键能力·素养形成知识点一弱电解质电离平衡的特点及影响因素【重点释疑】1.弱电解质的电离平衡弱电解质部分电离,书写电离方程式时,用“”。类型实例一元弱酸HFH++F-一元弱碱NH3·H2O+OH-多元弱酸分步电离,分步写出:H2CO3H++H++多元弱碱分步电离,一步写出:Cu(OH)2Cu2++2OH-2.影响因素(1)内因弱电解质本身的性质,如相同条件下CH3COOH电离程度大于H2CO3。(2)外因以CH3COOHCH3COO-+H+

ΔH>0为例:影响因素移动方向n(H+)c平(H+)c平(CH3COO-)KapH导电能力升温(不考虑挥发)右增大增大增大增大减小增强加冰醋酸右增大增大增大不变减小增强影响因素移动方向n(H+)c平(H+)c平(CH3COO-)KapH导电能力加入其他物质CH3COONa固体左减小减小增大不变增大增强通入HCl气体左增大增大减小不变减小增强NaOH固体右减小减小增大不变增大增强加水稀释右增大减小减小不变增大减弱【思考·讨论】(1)增大弱电解质的浓度时,其平衡移动的方向和电离度以及电离平衡常数如何变化?提示:增大弱电解质溶液的浓度时,虽然平衡正向移动,但电离程度减小,电离度减小,电离常数不变。(2)在0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中,要促进醋酸电离且使H+浓度增大,应采取的措施有哪些?提示:醋酸的电离是吸热过程,升高温度能促进醋酸的电离,且H+浓度增大。【拓展深化】弱酸或弱碱电离平衡移动中离子浓度的变化(1)弱酸或弱碱的电离平衡向右移动,其电离程度不一定增大,电解质分子的浓度不一定减小,离子的浓度不一定增大。(2)弱酸或弱碱加水稀释时,溶液中不一定所有离子浓度都减小。如稀醋酸加水稀释时,c平(OH-)增大,其他离子浓度均减小。(3)对于浓的弱电解质溶液,如冰醋酸加水稀释的过程弱电解质的电离程度逐渐增大,但离子浓度先增大后减小。(4)分析弱电解质微粒浓度变化时,要注意平衡移动时相关量的变化程度与溶液体积变化程度的相对大小。

【案例示范】【典例】(2020·双鸭山高二检测)室温下向10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液中加水稀释后,下列说法正确的是 (

)A.溶液中导电离子的数目减小B.溶液中不变C.醋酸的电离程度增大,c平(H+)也增大D.醋酸的电离常数K随醋酸浓度减小而减小【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)弱电解质电离平衡的影响因素。(2)电离平衡常数的表达方式以及影响因素。【解析】选B。加水稀释,醋酸的电离平衡正向移动,溶液中离子数目增多,因此溶液中导电离子的数目增多,A错误;表示醋酸的电离平衡常数,温度不变,则常数不变,B正确;加水稀释,醋酸的电离平衡正向移动,醋酸的电离程度增大,溶液酸性减弱,所以c平(H+)减小,C错误;醋酸的电离常数K只与温度有关系,温度不变,常数不变,D错误。【母题追问】(1)A项改为溶液中导电离子的浓度都减小,对吗?提示:不对。加水稀释,c平(H+)减小,Kw不变,c平(OH-)增大。(2)10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液升高温度,溶液中不变,对吗?提示:不对。升温电离程度增大,电离常数K增大。【迁移·应用】1.(2020·苏州高二检测)0.1mol·L-1CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,加水稀释或加入少量CH3COONa晶体时,都会引起 (

)A.溶液的pH增大B.CH3COOH电离程度变大C.溶液的导电能力减弱D.溶液中c平(OH-)减小【解析】选A。CH3COOH溶液中存在平衡CH3COOHCH3COO-+H+。当加入水时,溶液中CH3COOH、CH3COO-、H+的浓度都减小,c平(OH-)变大,溶液的pH增大。因为溶液变稀,所以CH3COOH电离程度变大。当加入CH3COONa晶体时,发生CH3COONa====CH3COO-+Na+,使得溶液中c平(CH3COO-)变大,平衡CH3COOHCH3COO-+H+左移,CH3COOH电离程度变小,c平(H+)减小,由于加入了Na+,导电能力增强。2.(2020·武昌高二检测)可促进HClO的电离,并使pH增大的是 (

)①加入HCl

②加入NaClO

③加入NaOH

④加入ZnA.①②③④

B.②③④

C.③④

D.②④【解析】选C。向HClO

H++ClO-平衡体系中加HCl,c平(H+)增大,使pH减小;加NaClO,c平(ClO-)增大,使平衡左移;加NaOH,消耗H+,使平衡右移,pH增大;加Zn,Zn与H+反应生成H2,使平衡右移,pH增大。知识点二弱电解质的判断方法以及一元强酸、一元弱酸的比较【重点释疑】1.弱电解质的判断方法(1)在相同浓度、相同温度下,与强电解质做导电性对比实验,导电性弱的为弱电解质。(2)浓度与pH的关系。如0.1mol·L-1CH3COOH溶液,其pH>1,则可证明CH3COOH是弱电解质。(3)稀释前后的pH与稀释倍数的关系。例如,将pH=2的酸溶液稀释至原体积的1000倍,若pH小于5,则证明该酸为弱酸;若pH为5,则证明该酸为强酸。(4)利用实验证明存在电离平衡。如醋酸溶液中滴入紫色石蕊溶液变红,再加CH3COONa固体,颜色变浅,证明CH3COOH是弱电解质。(5)在相同浓度、相同温度下,比较与金属反应的速率的快慢。如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸溶液中,起始速率前者比后者快。2.一元强酸与一元弱酸的比较(1)相同物质的量浓度、相同体积时。c平(H+)pH中和碱的能力与足量金属反应产生H2的量与金属反应开始时速率一元强酸大小相同相同大一元弱酸小大小(2)相同pH、相同体积时。c平(H+)c平(酸)中和碱的能力与足量金属反应产生H2的量与金属反应开始时的速率一元强酸相同小小少相同一元弱酸大大多【思考·讨论】若1mol·L-1的某酸溶液的c平(H+)约为0.01mol·L-1,可以证明该酸是弱酸吗?为什么?提示:可以。如果某酸为强酸,将完全电离,则在1mol·L-1溶液中c平(H+)=1mol·L-1,而题目中的c平(H+)约为0.01mol·L-1远小于1mol·L-1,说明该酸只部分电离,是弱电解质。

【案例示范】【典例】用实验确定某酸HA是弱电解质,两同学的方案如下:甲:①称取一定质量的HA配制0.1mol·L-1的溶液100mL;②用pH试纸测出该溶液的pH,即可证明HA是弱电解质。乙:①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸,分别配制pH=1的两种酸溶液各100mL;②分别取这两种溶液各10mL,加水稀释为100mL;③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管,同时加入纯度和质量相同的锌粒,观察现象,即可证明HA是弱电解质。【思考交流】(1)甲方案中说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH与1的关系是什么?(2)乙方案中说明HA是弱电解质的现象是什么?(3)请你评价:乙方案中难以实现之处和不妥之处。(4)请你提出一个合理而比较容易进行的方案(药品可任取),作简明扼要表述。【解析】(1)弱电解质存在电离平衡,不能完全电离。所以如果HA是弱电解质,则0.1mol·L-1溶液的pH就一定大于1。(2)弱酸在稀释过程中会继续电离出阴阳离子,因此稀释相同的倍数后,HA溶液中氢离子的浓度大于盐酸中氢离子的浓度,所以装HA溶液的试管中放出H2的速率快。(3)弱酸在稀释过程中会继续电离出氢离子,所以配制pH=1的HA溶液难以实现;又因为固体的表面积也影响反应速率,因此不妥之处在于加入的锌粒表面积难以做到相同。(4)如果HA是弱酸,则相应的NaA就会水解,溶液显碱性。所以配制NaA溶液,测其pH>7,即证明HA是弱电解质。答案:(1)大于1。(2)装HA溶液的试管中放出H2的速率快。(3)配制pH=1的HA溶液难以实现,加入的锌粒表面积难以做到相同。(4)配制NaA溶液,测其pH大于7,证明HA是弱电解质。【迁移·应用】1.(2020·青岛高二检测)室温下对pH相同、体积相同的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施,有关叙述正确的是 (

)A.加适量的醋酸钠晶体后,两溶液的c平(H+)都变小B.使温度都升高20℃,两溶液的c平(H+)都不变C.加水稀释2倍后,两溶液的c平(H+)都变大D.加足量的锌粉反应后,两溶液产生的氢气一样多【解析】选A。CH3COOH溶液中存在CH3COOHCH3COO-+H+的电离平衡,当加入醋酸钠晶体后,上述电离平衡向左移动,CH3COOH溶液中c平(H+)变小;向盐酸中加入醋酸钠晶体后,会发生反应CH3COO-+H+CH3COOH,使盐酸中c平(H+)变小;温度升高,使CH3COOHCH3COO-+H+的电离平衡向右移动,c平(H+)变大;加水稀释时,两溶液的c平(H+)都变小;c平(H+)相同、体积相同的醋酸溶液和盐酸,其溶质的物质的量并不相等,所以,分别与足量的锌粉反应,醋酸产生的氢气多。2.能证明乙酸是弱酸的实验事实是 (

)A.CH3COOH溶液与Zn反应放出H2B.0.01mol·L-1CH3COOH溶液的pH大于2C.CH3COOH溶液与Na2CO3反应生成CO2D.0.1mol·L-1CH3COOH溶液可使紫色石蕊变红【解析】选B。CH3COOH溶液与Zn反应放出H2只能证明乙酸是酸,不能证明是弱酸,A错误;0.01mol·L-1CH3COOH溶液的pH大于2,证明CH3COOH部分电离,从而可以证明乙酸是弱酸,B正确;CH3COOH溶液与Na2CO3反应生成CO2只能证明乙酸的酸性比碳酸强,不能证明乙酸是弱酸,C错误;0.1mol·L-1CH3COOH溶液可使紫色石蕊变红只能证明乙酸是酸,不能证明乙酸是弱酸,D错误。知识点三电离平衡常数与电离度【重点释疑】1.电离平衡常数的应用(1)比较弱酸的酸性强弱。相同条件下,K值越大,电离程度越大,酸性越强。如:25℃时部分弱酸的电离常数如下表:则酸性由强到弱的顺序为CH3COOH>H2CO3>HClO>化学式CH3COOHH2CO3HClO电离平衡常数/(mol·L-1)1.7×10-5Ka1=4.2×10-7Ka2=5.6×10-114.7×10-8(2)判断反应能否进行。先依据电离常数K判断出酸的相对强弱,再利用相对强的酸制取相对弱的酸的反应原理,判断反应能否进行以及反应产物。如:利用(1)中表格中的电离常数可判断出H2CO3、HClO、

的酸性强弱顺序为H2CO3>HClO>。因此,向Na2CO3溶液中加入次氯酸,会生成NaHCO3和NaClO,而不会生成H2CO3。(3)比较溶液稀释时粒子浓度比值的变化。弱酸(如HA)溶液中,存在的粒子有:H+、OH-、A-、HA。加水稀释时c平(H+)、c平(A-)、c平(HA)减小,c平(OH-)增大,但的变化可借助电离常数进行比较,即

,加水稀释,Ka不变,c平(A-)减小,则增大。2.电离平衡常数(K)、电离度(α)与c(H+)的关系依照化学平衡计算中“列三行”(或“列两行”)的方法,通过起始浓度、消耗浓度、平衡浓度,结合Ka(Kb)、α(电离度)等条件便可以轻松地进行电离平衡的有关计算。以一元弱酸为例,酸的起始浓度为c,

HA H++ A-起始: c 0 0变化: cα

cα

cα平衡: c-cα≈c

cα

cα则c平(H+)=cα

Ka=即c平(H+)=α与Ka的关系为α=。同样,对于一元弱碱来说,c平(OH-)=cα=。【思考·讨论】(1)同一多元弱酸的Ka1、Ka2、Ka3之间存在着数量上的规律,此规律是什么?产生此规律的原因是什么?提示:同一弱酸,Ka1≫Ka2≫Ka3。由于上一级电离产生大量的H+,会对下一级的电离产生抑制,所以电离程度越来越小,电离平衡常数越来越小。(2)在相同温度下,弱电解质的电离常数越大,则某溶液中的离子浓度越大吗?提示:不是。弱电解质的电离常数越大,只能说明其分子电离程度越大。离子的浓度不仅与电离程度有关,还与弱电解质的浓度有关。【案例示范】【典例】(2020·三明高二检测)常温时,0.1mol·L-1HF溶液的pH=2,则Ka的数值大约是 (

)A.2mol·L-1

B.0.1mol·L-1C.0.01mol·L-1

D.0.001mol·L-1【思维建模】解答本类试题的思维流程如下:【解析】选D。由HFH++F-可知K(HF)=0.001mol·L-1。【迁移·应用】1.已知室温时,0.1mol·L-1某一元酸HA在水中的电离度α=0.1%,下列叙述错误的是 (

)A.该溶液的pH=4B.升高温度,溶液的pH增大C.此酸的电离常数约为1×10-7mol·L-1D.由HA电离出的c平(H+)约为水电离出的c平(H+)的106倍【解析】选B。c平(H+)=0.1%×0.1mol·L-1=10-4mol·L-1,pH=4;因HA在水中有电离平衡,升高温度促进平衡向电离的方向移动,c平(H+)将增大,pH会减小;C选项可由电离常数表达式算出Ka=≈1×10-7mol·L-1;c平(H+)=10-4mol·L-1,所以水电离出的c平(H+)=10-10mol·L-1,前者是后者的106倍。2.(2020·镇江高二检测)已知7.2×10-4mol·L-1、4.6×10-4mol·L-1、4.9×10-10mol·L-1分别是三种酸的电离平衡常数的值。若这三种酸可发生如下反应:①NaCN+HNO2====HCN+NaNO2②NaCN+HF====HCN+NaF③NaNO2+HF====HNO2+NaF则下列叙述中不正确的是 (

)A.HF的电离平衡常数为7.2×10-4mol·L-1B.HNO2的电离平衡常数为4.9×10-10mol·L-1C.根据①③两个反应即可知三种酸的相对强弱D.HNO2的电离平衡常数比HCN的大,比HF的小【解析】选B。根据强酸制弱酸的原理,题给三个反应中,第①个反应说明酸性HNO2>HCN,第③个反应说明酸性HF>HNO2,故HF、HNO2、HCN的酸性依次减弱。相同条件下,酸的酸性越强,电离平衡常数越大,据此可以将三个电离平衡常数与酸对应起来。【补偿训练】

(2020·承德高二检测)25℃时,几种弱酸的电离平衡常数如表所示,下列说法正确的是 (

)化学式HCOOHH2CO3HCN电离平衡常数/(mol·L-1)K=1.8×10-4Ka1=4.2×10-7Ka2=5.6×10-11K=6.2×10-10A.H2CO3

溶液和NaCN

溶液反应的离子方程式为H2CO3+CN-====+HCNB.HCOOH的电离平衡常数表达式为K=C.Na2CO3溶液与足量HCOOH溶液反应的离子方程式为

+HCOOH====+HCOO-D.酸性强弱顺序是HCOOH>HCN>H2CO3【解析】选A。酸的电离平衡常数越大,酸的酸性越强,强酸能和弱酸盐反应生成弱酸,由电离平衡常数知,酸性H2CO3>HCN>,则H2CO3+NaCN====NaHCO3+HCN,离子方程式为H2CO3+CN-====+HCN,A正确;HCOOH的电离平衡常数表达式为K=,B错误,根据电离平衡常数数值可知酸性HCOOH>H2CO3>,则Na2CO3溶液与足量HCOOH溶液反应的离子方程式为

+2HCOOH====2HCOO-+H2O+CO2↑,C错误;酸的电离平衡常数越大其酸性越强,根据电离平衡常数知,这几种酸酸性强弱关系是HCOOH>H2CO3>HCN,D错误。【素养提升】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Ka/mol·L-1CH3COOHCH3COOHCH3COO-+H+1.7×10-5H2CO3H2CO3H++H++Ka1=4.2×10-7Ka2=5.6×10-11H3PO4H3PO4H++H++H++Ka1=7.1×10-3Ka2=6.2×10-8Ka3=4.5×10-13【思考交流】(1)CH3COOH、H2CO3、H3PO4的酸性强弱如何排序?提示:H3PO4>CH3COOH>H2CO3。(2)“CH3COONa+H2CO3====NaHCO3+CH3COOH”该反应能否发生?说明理由。提示:不能发生。K(CH3COOH)>Ka1(H2CO3),则酸性:CH3COOH>H2CO3,据“强酸制弱酸”的规律可知题给反应不能发生。(3)25℃时,相同浓度的CH3COOH溶液,H2CO3溶液,H3PO4溶液的电离度大小关系是怎样的?提示:α(H3PO4)>α(CH3COOH)>α(H2CO3)。(4)若把CH3COOH、H2CO3、

、H3PO4、

、

都看作是酸,其中酸性最强的是什么?最弱的是什么?提示:酸性最强的是Ka值最大的,即H3PO4,酸性最弱的是Ka值最小的,即

。【课堂回眸】课堂检测·素养达标1.(2020·泰安高二检测)在下列的各种叙述中,正确的是 (

)A.任何酸都有电离平衡常数B.任何条件下,酸的电离平衡常数都不变C.多元弱酸各步电离平衡常数相互关系为Ka1<Ka2<Ka3D.Kw并不是水的电离平衡常数【解析】选D。只有弱酸存在电离平衡,有电离平衡常数;电离平衡常数受温度的影响,升高温度,电离平衡常数增大;多元弱酸分步电离,以第一步电离为主,Ka1≫Ka2≫Ka3;Kw=c平(H+)c平(OH-)。2.(2020·宁德高二检测)食醋的主要成分是醋酸,已知在不同温度下,测定一定浓度的CH3COOH溶液中H+的浓度,则结果是 (

)A.缺少条件,无法测定B.H+的浓度相同C.温度低时,H+的浓度大D.温度高时,H+的浓度大【解析】选D。CH3COOH是弱电解质,温度升高时,CH3COOH的电离程度增大,则溶液中H+的浓度也增大。3.(2020·南京高二检测)将0.1mol·L-1的氨水加水稀释至0.01mol·L-1,稀释过程中温度不变,下列叙述正确的是 (

)A.稀释后溶液中c平(H+)和c平(OH-)均减小B.稀释后溶液中c平(OH-)变为稀释前的C.稀释过程中氨水的电离平衡向左移动D.稀释过程中溶液中增大【解析】选D。温度不变,水的电离常数不变,稀释后c平(OH-)减小,c平(H+)增大,A错误;NH3·H2O为弱电解质,稀释后溶液中c平(OH-)大于稀释前的,B错误;NH3·H2O为弱电解质,稀释过程中电离平衡向右移动,C错误;同一溶液中,,电离平衡向右移动,故n(OH-)增大,n(NH3·H2O)减小,故