3.1.1-电离平衡-高二-化学-教学设计

第一节电离平衡张晓文内蒙古商都高级中学(一)强电解质和弱电解质1．实验探究2.强电解质与弱电解质的比较(二)弱电解质的电离平衡(三)电离平衡常数

[情境质疑]菠菜中含有一种叫草酸的物质，其学名是乙二酸，结构简式为HOOC—COOH，味苦涩，溶于水，是二元弱酸。草酸进入人体后，会跟人体内的Ca2＋形成草酸钙沉淀，使摄入的钙质不易被利用，造成人体缺钙。有人提出一种方法可以除去草酸，即在油炒前，先将菠菜用热水烫一烫，草酸溶于水而除去。1．草酸是二元弱酸，请写出草酸在水中的电离方程式。提示：HOOC—COOHHOOC—COO－＋H＋；HOOC—COO－－OOC—COO－＋H＋。2．等浓度的乙二酸与硫酸溶液，哪种溶液导电能力更强？提示：硫酸。因为硫酸是强酸，两种酸浓度相同时硫酸溶液中离子浓度更大，导电能力更强。3．常温下，草酸能溶于水。用热水洗净菠菜后的溶液酸性明显比用凉水洗净的强。请给出合理的理由(至少列举两条理由)。提示：草酸在热水中的溶解度大，所以用热水洗菠菜后溶液中草酸含量多；同时温度升高，草酸的电离程度增大，电离出更多的氢离子，所以酸性明显增强。[生成认知]1．强、弱电解质的深化理解强、弱电解质的划分依据电解质在水溶液中的电离程度。完全电离的是强电解质，部分电离的是弱电解质电解质的强弱与其溶解度无关某些难溶(或微溶)于水的盐(如AgCl、BaSO4)，虽然其溶解度很小，但溶于水的部分却能完全电离，它们仍属于强电解质；有少数盐能溶于水，但只有部分电离，故属于弱电解质，如(CH3COO)2Pb等电解质的强弱与溶液的导电能力没有必然联系溶液的导电能力是由单位体积内自由移动的离子数目的多少(即自由移动的离子浓度的大小)和离子所带电荷数的多少决定的，因此强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质溶液的导电能力强电解质的强弱与化学键没有必然联系一般强电解质含有离子键或强极性共价键，但含有强极性共价键的化合物不一定是强电解质，如HF就是弱电解质2．电离方程式的书写类型电离方程式的特点典型例子强电解质完全电离，电离方程式写“=”H2SO4=2H＋＋SOeq\o\al(2－,4)NaOH=Na＋＋OH－弱电解质一元弱酸或弱碱不完全电离，电离方程式写“”CH3COOHCH3COO－＋H＋NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－多元弱酸分步电离，以第一步为主，电离方程式写“”H2CO3H＋＋HCOeq\o\al(－,3)(主)HCOeq\o\al(－,3)H＋＋COeq\o\al(2－,3)(次)多元弱碱分步电离，一步书写，电离方程式写“”Cu(OH)2Cu2＋＋2OH－酸式盐强酸的酸式盐强酸的酸式盐完全电离，一步完成NaHSO4=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(2－,4)(水溶液)，NaHSO4=Na＋＋HSOeq\o\al(－,4)(熔融状态)弱酸的酸式盐弱酸的酸式盐强中有弱，分步完成NaHCO3=Na＋＋HCOeq\o\al(－,3)，HCOeq\o\al(－,3)H＋＋COeq\o\al(2－,3)[跟踪训练]1．某离子化合物MCl(s)在水中溶解并发生电离，该过程的微观示意图如图所示。已知NA为阿伏加德罗常数的值，下列相关说法正确的是()A．MCl为弱电解质，在水中仅部分电离B．MCl在水分子作用下的溶解和电离是物理变化C．固体离子化合物MCl中因含有阴、阳离子而能导电D．M＋和Cl－均与水分子中的氧原子结合成水合离子解析：选B根据图示可知，MCl在水中完全电离，属于强电解质，A错误；MCl在水分子作用下的溶解和电离没有产生新物质，是物理变化，B正确；固体离子化合物MCl中含有阴、阳离子，但不能自由移动，不能够导电，C错误；根据图示可知，M＋与水分子中的氧原子结合成水合离子，Cl－与水分子中的氢原子结合成水合离子，D错误。2．甲酸的下列性质中，可以证明它是弱电解质的是()A．甲酸以任意比与水互溶B．0.1mol·L－1甲酸溶液的c(H＋)＝10－3mol·L－1C．10mL1mol·L－1甲酸恰好与10mL1mol·L－1NaOH溶液完全反应D．甲酸溶液的导电性比一元强酸溶液的弱解析：选B溶解性与电解质强弱无关，故A错误；甲酸是一元酸，酸的浓度大于H＋的浓度，说明甲酸不能完全电离，应属于弱电解质，故B正确；甲酸与NaOH溶液恰好完全反应，说明酸和碱的物质的量相同，不能证明甲酸是弱电解质，故C错误；在浓度相同时，若等物质的量甲酸溶液的导电性弱于一元强酸溶液，才可判断其为弱电解质，故D错误。3．下列电离方程式正确的是()A．CH3COOHCH3COO－＋H＋B．Ba(OH)2=Ba＋2＋2OH－C．NaHCO3=Na＋＋H＋＋COeq\o\al(2－,3)D．H3PO43H＋＋POeq\o\al(3－,4)解析：选ACH3COOH属于弱电解质，电离方程式用“”，A项正确；Ba(OH)2是强电解质，电离出的阳离子符号为Ba2＋，B项错误；NaHCO3是强电解质，但HCOeq\o\al(－,3)是原子团，正确写法应是NaHCO3=Na＋＋HCOeq\o\al(－,3)，C项错误；H3PO4是弱电解质，应该分步电离且以第一步为主：H3PO4H＋＋H2POeq\o\al(－,4)，D项错误。[情境质疑]炎热的夏天，蚊虫肆虐，蚊虫除了会传染部分疾病外，还会叮咬人，使人体出现红肿等现象。这是因为蚊虫叮咬人时，常向人体血液存在平衡H2CO3H＋＋HCO\o\al(－,3)中注入一种含有蚁酸即甲酸，化学式为HCOOH的液体。1．HCOOH同CH3COOH一样是一种有机弱酸，请写出HCOOH在水中的电离方程式。提示：HCOOHHCOO－＋H＋。2．当人被蚊虫叮咬时，皮肤上会出现红肿，红肿的皮肤内含有少量CO2气体，请解释其原因。提示：蚊虫叮咬初期，蚊虫向人体内注入甲酸，使血液中的c(H＋)增大，电离平衡：H2CO3HCOeq\o\al(－,3)＋H＋向左移动，H2CO3分解产生CO2气体。3．有同学认为，受到蚊虫叮咬时及时涂抹稀氨水或肥皂水能起到治疗作用，这一观点是否正确？原因是什么？提示：观点正确。受到蚊虫叮咬时及时涂抹稀氨水或肥皂水，能够消耗血液中的H＋，使血液中c(H＋)降低，起到治疗作用。[生成认知]1．外界条件对电离平衡的影响弱电解质电离平衡的移动也符合勒夏特列原理：达到平衡时，离子浓度相当于可逆反应中生成物的平衡浓度，电解质分子浓度相当于可逆反应中反应物的平衡浓度。外界条件对其影响可归纳如下：浓度对于同一弱电解质，浓度越大，电离程度越小；浓度越小，电离程度越大，即对溶液加水稀释时，电离平衡向着电离的方向移动温度由于弱电解质的电离过程一般是吸热的，升高温度，电离平衡向着电离的方向移动同离子效应在弱电解质溶液中加入与弱电解质电离产生相同离子的强电解质，电离平衡将向电离的反方向移动化学反应在弱电解质溶液中加入能与弱电解质电离产生的某种离子反应的物质，电离平衡将向电离的方向移动2．实例分析当外界条件(如浓度、温度等)发生变化时，电离平衡就会发生移动。弱电解质的电离平衡移动遵循化学平衡移动原理。以CH3COOHCH3COO－＋H＋为例分析外界条件的改变对电离平衡的影响(如下表):[跟踪训练]1．0.1mol·L－1氨水10mL，加蒸馏水稀释到1L后，下列变化中正确的是()①电离程度增大②c(NH3·H2O)增大③NHeq\o\al(＋,4)数目增多④c(OH－)增大⑤导电性增强A．①②③ B．①③⑤C．①③ D．②④解析：选C因加水促进弱电解质的电离，则氨水的电离程度增大，①正确；0.1mol·L－1氨水加水稀释，c(NH3·H2O)减小，②错误；0.1mol·L－1氨水加水稀释促进电离，NHeq\o\al(＋,4)数目增多，③正确；0.1mol·L－1氨水加水稀释促进电离，c(OH－)减小，④错误；加水稀释时，溶液中的离子的浓度减小，则导电性减弱，⑤错误。2．[双选]已知0.1mol·L－1的氨水溶液中存在电离平衡：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，对于该平衡，下列叙述正确的是()A．加入水时，平衡向正反应方向移动B．加入少量NaOH固体，平衡向正反应方向移动C．加入少量0.1mol·L－1盐酸，溶液中c(OH－)减小D．加入少量NH4Cl固体，平衡向正反应方向移动解析：选AC加水促进弱电解质的电离，则电离平衡正向移动，A正确；向氨水中加入少量氢氧化钠固体，溶液中氢氧根离子浓度增大，平衡向逆反应方向移动，B错误；向氨水中加入少量0.1mol·L－1盐酸，氢离子和氢氧根离子反应生成水，所以氢氧根离子浓度减小，C正确；加入少量NH4Cl固体，c(NHeq\o\al(＋,4))增大，电离平衡逆向移动，D错误。3．在25℃时，用蒸馏水稀释1mol·L－1的醋酸溶液至0.01mol·L－1，随着溶液的稀释，下列各项中始终保持增大趋势的是()A．c(H＋) B．c(CH3COOH)C.eq\f(c(H＋),c(CH3COOH)) D.eq\f(c(CH3COOH),c(CH3COO－))解析：选C加水稀释，促进电离，n(H＋)、n(CH3COO－)增大，n(CH3COOH)减小，但c(H＋)、c(CH3COO－)、c(CH3COOH)均减小，则eq\f(c(H＋),c(CH3COOH))＝eq\f(n(H＋),n(CH3COOH))增大，eq\f(c(CH3COOH),c(CH3COO－))＝eq\f(n(CH3COOH),n(CH3COO－))减小。[典例导引][典例]在某温度时，溶质的物质的量浓度为0.2mol·L－1的氨水达到电离平衡，已电离的NH3·H2O为1.7×10－3mol·L－1，试计算该温度下NH3·H2O的电离常数(Kb)。[答案]NH3·H2O的电离方程式及有关粒子的浓度如下：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－起始浓度/(mol·L－1)0.200变化浓度/(mol·L－1)1.7×10－31.7×10－31.7×10－3平衡浓度/(mol·L－1)0.2－1.7×10－31.7×10－31.7×10－3c(NH3·H2O)＝(0.2－1.7×10－3)mol·L－1≈0.2mol·L－1Kb＝eq\f((1.7×10－3)×(1.7×10－3),0.2)≈1.4×10－5。该温度下NH3·H2O的电离常数约为1.4×10－5。[生成认知]1．电离平衡常数的应用(1)根据电离平衡常数可以判断弱酸(或弱碱)的相对强弱。相同条件下，电离平衡常数越大，酸性(或碱性)越强。(2)根据浓度商Q与电离平衡常数K的相对大小判断电离平衡的移动方向。若Q＝K，则处于电离平衡；若Q＞K，则电离平衡左移；若Q＜K，则电离平衡右移。(3)根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。如0.1mol·L－1CH3COOH溶液加水稀释，eq\f(c(CH3COO－),c(CH3COOH))＝eq\f(c(CH3COO－)·c(H＋),c(CH3COOH)·c(H＋))＝eq\f(Ka,c(H＋))，加水稀释时，c(H＋)减小，Ka值不变，则eq\f(c(CH3COO－),c(CH3COOH))增大。(4)判断复分解反应能否发生，一般符合“强酸制弱酸”规律。2．有关电离平衡常数的计算(以弱酸HX为例)HXH＋＋X－起始：c(HX)00平衡：c(HX)－c(H＋)c(H＋)c(X－)则Ka＝eq\f(c(H＋)·c(X－),c(HX)－c(H＋))＝eq\f(c2(H＋),c(HX)－c(H＋))由于弱酸只有极少一部分电离，c(H＋)的数值很小，可做近似处理：c(HX)－c(H＋)≈c(HX)，则Ka＝eq\f(c2(H＋),c(HX))。若已知起始时c(HX)和电离产生的c(H＋)，代入数值即可求得Ka；若已知起始时c(HX)和电离平衡常数Ka，则c(H＋)＝eq\r(Ka·c(HX))，代入数值即可求得c(H＋)。[跟踪训练]1．已知：25℃时，HCOOH的电离平衡常数Ka＝1.8×10－4，H2CO3的电离平衡常数Ka1＝4.2×10－7，Ka2＝5.6×10－11。下列说法正确的是()A．向Na2CO3溶液中加入甲酸溶液无明显现象B．25℃时，向甲酸溶液中加入NaOH溶液，HCOOH的电离程度和Ka均增大C．向0.1mol·L－1甲酸溶液中加入蒸馏水，c(H＋)增大D．向碳酸溶液中加入NaHCO3固体，c(H＋)减小解析：选D由HCOOH和H2CO3的电离平衡常数可知，HCOOH的酸性比H2CO3的强，所以向Na2CO3溶液中加入甲酸溶液时，COeq\o\al(2－,3)与HCOOH反应产生CO2气体，故A错误；向甲酸溶液中加入NaOH溶液时，OH－与H＋结合使HCOOH的电离平衡向右移动，HCOOH的电离程度增大，但Ka只与温度有关，其值不变，故B错误；向甲酸溶液中加入蒸馏水，HCOOH的电离程度增大，但加水稀释的过程中，c(H＋)减小，故C错误；向碳酸溶液中加入NaHCO3固体，溶液中的c(HCOeq\o\al(－,3))增大，H2CO3的电离平衡向左移动，c(H＋)减小，故D正确。2．次溴酸和碳酸都属于弱酸。运用表中电离常数判断，可以发生的反应是()酸电离常数(25℃)碳酸Ka1＝4.5×10－7Ka2＝4.7×10－11次溴酸Ka＝2.4×10－9A．HBrO＋Na2CO3=NaBrO＋NaHCO3B．2HBrO＋Na2CO3=2NaBrO＋H2O＋CO2↑C．HBrO＋NaHCO3=NaBrO＋H2O＋CO2↑D．NaBrO＋NaHCO3=Na2CO3＋HBrO解析：选A根据表中数据知，酸性强弱顺序是H2CO3>HBrO>HCOeq\o\al(－,3)，所以HBrO＋Na2CO3=NaBrO＋NaHCO3能发生，碳酸钠和次溴酸反应不能生成CO2，次溴酸和碳酸氢钠不反应，故A正确，B、C、D错误。3．已知6.3×10－4、5.6×10－4、6.2×10－10分别是下列三种酸的电离常数(25℃)，若已知下列反应可以发生：NaCN＋HNO2=HCN＋NaNO2、NaCN＋HF=HCN＋NaF、NaNO2＋HF=HNO2＋NaF。由此可判断下列叙述中不正确的是()A．Ka(HF)＝6.3×10－4B．Ka(HNO2)＝6.2×10－10C．根据两个反应即可得出一元弱酸的强弱顺序为HF>HNO2>HCND．Ka(HCN)<Ka(HNO2)<Ka(HF)解析：选B由已知三个反应，可以得出酸性强弱关系：HF>HNO2>HCN，所以电离常数：Ka(HCN)<Ka(HNO2)<Ka(HF)，C、D正确；HF的酸性最强，电离常数最大，A正确；因为酸性：HF>HNO2>HCN，所以Ka(HNO2)＝5.6×10－4，B不正确。强酸制弱酸的理解与应用我们平时所说的强酸制弱酸实质就是“较强酸＋弱酸盐=较弱酸＋强酸盐”，根据此经验判断反应能否发生是必须结合弱酸的电离常数相对大小进行判断，其基本思路是先根据电离常数比较酸性强弱，再判断反应能否发生。[应用体验]1．已知碳酸、亚硫酸、次氯酸的电离平衡常数如表所示，下列说法正确的是()A．由表可知，酸性：HClO<HCOeq\o\al(－,3)B．Na2CO3溶液中通入少量SO2，发生反应：2COeq\o\al(2－,3)＋SO2＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)＋SOeq\o\al(2－,3)C．NaHCO3溶液中通入少量SO2，发生反应：2HCOeq\o\al(－,3)＋SO2=2CO2＋SOeq\o\al(2－,3)D．向氯水中分别加入等浓度的NaHCO3和NaHSO3溶液，均可提高氯水中HClO的浓度解析：选B由弱酸的电离平衡常数可知，酸性：HClO>HCOeq\o\al(－,3)，A错误；由于Ka1(H2CO3)>Ka2(H2SO3)>Ka2(H2CO3)，即酸性：H2CO3>HSOeq\o\al(－,3)>HCOeq\o\al(－,3)，所以Na2CO3溶液中通入少量SO2，考虑Na2CO3与酸的分步反应，B正确；NaHCO3溶液中通入少量SO2，发生反应：HCOeq\o\al(－,3)＋SO2=CO2＋HSOeq\o\al(－,3)，C错误；HClO不能与NaHCO3反应，但HCl是强酸，能与NaHCO3反应，使c(HCl)减小，促进化学平衡Cl2＋H2OHCl＋HClO正向移动，从而提高HClO的浓度，而HClO具有氧化性，NaHSO3具有还原性，二者能够发生氧化还原反应，所以加入NaHSO3溶液不能提高HClO的浓度，D错误。2．部分弱酸的电离平衡常数如下表：按要求回答下列问题：(1)HCOOH、H2S、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序为_________________________。(2)同浓度的HCOO－、HS－、S2－、HCOeq\o\al(－,3)、COeq\o\al(2－,3)、ClO－结合H＋的能力由强到弱的顺序为______________________________。(3)运用上述电离常数及物质的特性写出下列反应的离子方程式。①Na2CO3溶液中通入过量H2S_________________________________________。②过量CO2通入NaClO溶液中______________________________________________。答案：(1)HCOOH>H2CO3>H2S>HClO(2)S2－>COeq\o\al(2－,3)>ClO－>HS－>HCOeq\o\al(－,3)>HCOO－(3)①COeq\o\al(2－,3)＋H2S=HCOeq\o\al(－,3)＋HS－②ClO－＋H2O＋CO2=HClO＋HCOeq\o\al(－,3)练好题——渗透核心价值1．下列物质中，属于弱电解质的是()A．氯化氢B．氢氧化钠C．乙醇D．一水合氨解析：选D氯化氢的水溶液中，氯化氢能完全电离出氢离子和氯离子，所以是强电解质，故A错误；氢氧化钠的水溶液中，氢氧化钠能完全电离出钠离子和氢氧根离子，所以是强电解质，故B错误；乙醇在水溶液里以分子存在，其水溶液不导电，所以乙醇不是电解质，故C错误；一水合氨在水溶液里只有部分电离，NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，所以是弱电解质，故D正确。2．甲胺(CH3NH2)为一元有机弱碱，其电离及与酸的反应类似于NH3，下列关于稀甲胺水溶液的叙述错误的是()A．其他条件不变，加水稀释，c(CH3NHeq\o\al(＋,3))变大B．其他条件不变，升温，促进了CH3NH2的电离C．电离方程式：CH3NH2＋H2OCH3NHeq\o\al(＋,3)＋OH－D．与稀盐酸反应的化学方程式：CH3NH2＋HCl=CH3NH3Cl解析：选A加水稀释，平衡正向移动，但是溶液中离子浓度均减