資源簡介

3.2 第1課時　弱電解質(zhì)的電離平衡
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,理解弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)概念和電離平衡常數(shù)與電離程度的關(guān)系。
2.掌握弱電解質(zhì)的電離平衡及其特征,理解影響弱電解質(zhì)電離平衡的因素及對電離平衡移動的影響。
3.了解常見弱酸和弱堿的電離常數(shù)大小,能比較它們的電離能力強(qiáng)弱。
4.通過介紹與電離平衡有關(guān)的應(yīng)用知識,體會電離平衡在人類生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
【自主預(yù)習(xí)】
一、電離平衡狀態(tài)
1.概念:在一定條件(如溫度、濃度)下,當(dāng)弱電解質(zhì)分子　　　　　　　　和　　　　　　　　相等時,電離過程就達(dá)到了電離平衡狀態(tài)。
2.建立過程
3.電離平衡的特征
二、電離平衡常數(shù)
1.定義:在一定條件下達(dá)到電離平衡時,弱電解質(zhì)電離生成的各種離子的　　　　　　　　與溶液中　　　　　　　　之比是一個常數(shù),這個常數(shù)稱為電離平衡常數(shù),簡稱電離常數(shù)。
2.表達(dá)式
一元弱酸:CH3COOHCH3COO-+H+
Ka=　　　　　　　　。
一元弱堿:NH3·H2ON+OH-
Kb=　　　　　　　　。
3.意義:電離常數(shù)表征了弱電解質(zhì)的　　　　　　,根據(jù)相同溫度下電離常數(shù)的大小可以判斷弱電解質(zhì)電離能力的　　　　　　　　。
4.電離平衡常數(shù)的特點
(1)電離平衡常數(shù)只與　　　　有關(guān),與　　　　無關(guān),且升高溫度K值　　　　。
(2)相同條件下,K值越大,表示該弱電解質(zhì)越　　　　電離,對應(yīng)的酸性(或堿性)越強(qiáng)。
(3)多元弱酸是　　　　電離,逐級減小且一般相差很大,Ka1 Ka2,故溶液中的c平(H+)主要由第一步電離程度決定。
(4)多元弱堿的電離比較復(fù)雜,一般看作是一步電離。
三、電離度
1.定義:弱電解質(zhì)在水中的電離達(dá)到平衡狀態(tài)時,　　　　　　　　　,稱為電離度,用α表示。
2.表達(dá)式:α=×100%。
3.影響因素:弱電解質(zhì)的電離度與溶液的濃度有關(guān),一般而言,濃度越大,電離度越　　　　　　;濃度越小,電離度越　　　　　　。
四、影響電離平衡的因素
1.內(nèi)因:由弱電解質(zhì)　　　　　決定的。
2.外因
因素 影響結(jié)果
溫度 升高溫度,電離平衡　　　　移動
濃度 加水稀釋,電離平衡　　　　移動
外加 物質(zhì) 加入與弱電解質(zhì)電離出的離子相同的離子,電離平衡　　　　移動(同離子效應(yīng))
加入與弱電解質(zhì)電離出的離子反應(yīng)的離子,電離平衡　　　　移動
【微點撥】
弱電解質(zhì)電離遵循“越稀越電離,越熱越電離”的規(guī)律。
【參考答案】一、1.電離成離子的速率　離子結(jié)合成弱電解質(zhì)分子的速率　3.弱電解質(zhì)　相等　不變
二、1.濃度(次方)的乘積　未電離的分子的濃度
2.　
3.電離能力　相對強(qiáng)弱　4.(1)溫度　濃度　增大
(2)易　(3)分步
三、1.已電離的溶質(zhì)的分子數(shù)占原有溶質(zhì)分子總數(shù)的百分率　3.小　大
四、1.本身的性質(zhì)　2.正向　正向　逆向　正向
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)當(dāng)CH3COOH在水溶液中達(dá)到電離平衡時:c平(CH3COOH)=c平(H+)=c平(CH3COO-)。 (　　)
(2)向氨水中滴加酚酞變紅色,說明NH3·H2O是弱電解質(zhì)。 (　　)
(3)NaHCO3溶液中存在電離平衡:NaHCO3Na++HC。 (　　)
(4)H2CO3的電離常數(shù)表達(dá)式Ka=。 (　　)
(5)相同溫度下,Ka(HF)>Ka(CH3COOH),說明酸性:HF>CH3COOH。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
【解析】(1)弱電解質(zhì)電離平衡時,溶質(zhì)分子濃度和離子濃度不一定相等。(2)氨水使酚酞變紅,說明溶液中含有OH-,不能說明NH3·H2O部分電離。(3)NaHCO3的電離方程式為NaHCO3Na++HC,HCH++C。(4)Ka1(H2CO3)=,Ka2(HC)=。
2.0.1 mol·L-1 鹽酸和0.1 mol·L-1 醋酸的pH相同嗎
【答案】鹽酸完全電離,酸性強(qiáng),pH小。
3.pH=3的鹽酸和醋酸,酸的濃度相同嗎
【答案】pH=3,說明c平(H+)都等于10-3 mol·L-1,醋酸部分電離,說明醋酸的濃度更大。
4.舉例說明弱電解質(zhì)的物質(zhì)類別。
【答案】弱酸:H2CO3、HClO、H2S、HF、CH3COOH;弱堿:NH3·H2O、Fe(OH)3;水等。
5.如何判斷某電解質(zhì)是否為弱電解質(zhì)
【答案】①電解質(zhì)溶液中,電離出的離子與未電離的分子共存。②某一元酸HA,當(dāng)其濃度為0.1 mol·L-1時,溶液的pH>1。
【合作探究】
任務(wù)1：電離平衡常數(shù)
情境導(dǎo)入　氫硫酸和次氯酸都是弱酸,那么它們的酸性誰略強(qiáng)一些呢 可通過比較它們的電離程度大小來比較酸性強(qiáng)弱,弱酸的電離程度的大小可用電離平衡常數(shù)來衡量。下表是幾種常見弱酸的電離平衡常數(shù)(25 ℃)。
酸 電離方程式 電離平衡常數(shù)Ka/(mol·L-1)
CH3COOH CH3COOHCH3COO-+H+ 1.7×10-5
H2CO3 H2CO3H++HC HCH++C Ka1=4.2×10-7 Ka2=5.6×10-11
H3PO4 H3PO4H++H2P H2PH++HP HPH++P Ka1=7.1×10-3 Ka2=6.2×10-8 Ka3=4.5×10-13
問題生成
1.寫出CH3COOH及H2CO3的電離平衡常數(shù)表達(dá)式。
【答案】CH3COOH的Ka=,H2CO3的Ka1=,Ka2=。
2.同一多元弱酸的Ka1、Ka2、Ka3之間存在著數(shù)量上的規(guī)律,此規(guī)律是什么 產(chǎn)生此規(guī)律的原因是什么
【答案】由H3PO4的電離平衡常數(shù)知,Ka1∶Ka2∶Ka3≈1∶10-5∶10-10,由于上一級電離產(chǎn)生的H+,會對下一級的電離產(chǎn)生抑制,因此電離程度越來越小,電離平衡常數(shù)越來越小。
3.根據(jù)上表,若把CH3COOH、H2CO3、HC、H3PO4、H2P、HP都看作是酸,其中酸性最強(qiáng)的是什么 最弱的是什么
【答案】酸性最強(qiáng)的是Ka值最大的,即H3PO4,酸性最弱的是Ka值最小的,即HP。
4.在相同溫度下,弱電解質(zhì)的電離常數(shù)越大,則該溶液中的離子濃度越大嗎
【答案】弱電解質(zhì)的電離常數(shù)越大,只能說明其分子的電離程度越大。離子的濃度不僅與電離程度有關(guān),還與弱電解質(zhì)的濃度有關(guān)。
5.怎樣用電離平衡常數(shù)比較弱電解質(zhì)的相對強(qiáng)弱
【答案】根據(jù)電離平衡常數(shù)數(shù)值的大小,可以初步判斷弱電解質(zhì)電離的趨勢,K值越大,電離程度越大,弱酸的酸性越強(qiáng)或弱堿的堿性越強(qiáng)。
【核心歸納】
電離平衡常數(shù)及其計算
(1)利用相同條件下不同弱酸的K值大小,可比較酸的相對強(qiáng)弱,K值越大,酸性越強(qiáng)。
(2)多元弱酸只比較第一級電離常數(shù)。
(3)電離平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),因為弱電解質(zhì)的電離是吸熱過程,升高溫度,電離平衡常數(shù)一定增大。
(4)有關(guān)電離平衡常數(shù)的計算(以弱酸HX為例)。
①已知c0(HX)和c平(H+),求電離平衡常數(shù):
　　　　　　　　　HX　　　　　　H+　+　X-
起始/(mol·L-1): c0(HX)　　　　　　　0　　　　0
平衡/(mol·L-1): c0(HX)-c平(H+)　 c平(H+)　 c平(H+)
則K=。由于弱酸只有極少一部分電離,c平(H+)的數(shù)值很小,可做近似處理:c0(HX)-c平(H+)≈c0(HX),則K≈,代入數(shù)值求解即可。
②已知c0(HX)和電離平衡常數(shù),求c平(H+):
　　　　　　　　　HX　　　　　　H+　+　X-
起始/(mol·L-1):c0(HX)　　　　　　　0 　　　0
平衡/(mol·L-1):c0(HX)-c平(H+)　 c平(H+)　 c平(H+)
則K=。由于K值很小,c平(H+)的數(shù)值很小,可做近似處理:c0(HX)-c平(H+)≈c0(HX),則c平(H+)≈,代入數(shù)值求解即可。
【典型例題】
【例1】25 ℃時,H2SO3的電離常數(shù)Ka1=1.5×10-2mol·L-1、Ka2=1.0×10-7 mol·L-1,H2S的電離常數(shù)Ka1=9.1×10-8 mol·L-1、Ka2=1.1×10-12 mol·L-1。下列說法正確的是(　　)。
A.H2SO3的酸性弱于H2S
B.H2S的酸性弱于H2SO3
C.多元弱酸第一步電離產(chǎn)生的H+對第二步電離有促進(jìn)作用
D.多元弱酸的酸性主要由第二步電離決定
【答案】B
【解析】相同溫度下,H2SO3的一級電離常數(shù)大于H2S的一級電離常數(shù),說明H2SO3的酸性比H2S的酸性強(qiáng),A項錯誤,B項正確;多元弱酸第一步電離產(chǎn)生的H+對第二步電離有抑制作用,C項錯誤;多元弱酸的酸性主要由第一步電離決定,D項錯誤。
【例2】在25 ℃時,HNO2、HCOOH、HCN、H2CO3的電離常數(shù)分別為7.1×10-4 mol·L-1,1.8×10-4 mol·L-1,6.2×10-10 mol·L-1,Ka1=4.2×10-7 mol·L-1、Ka2=5.6×10-11 mol·L-1。等濃度上述溶液中氫離子濃度最小的是(　　)。
A.HNO2　　　　　　　 B.HCOOH
C.HCN D.H2CO3
【答案】C
【解析】電離常數(shù)越小,同濃度的酸電離出的c平(H+)越小。若為二元弱酸,則主要看第一步電離。
任務(wù)2：弱電解質(zhì)的電離平衡
情境導(dǎo)入　蚊蟲、螞蟻等昆蟲叮咬人時常向人體血液內(nèi)注入一種人們稱之為蟻酸(主要成分為HCOOH)的有機(jī)弱酸。當(dāng)人受到蚊蟲等叮咬時,皮膚上常起小皰,這是因為人體血液中酸堿平衡被破壞。若不治療,過一段時間小皰也會自行痊愈,這是由于血液又恢復(fù)了原先的酸堿平衡。你能用平衡移動的原理解釋這一事實嗎
問題生成
1.請寫出HCOOH的電離方程式。
【答案】HCOOHH++HCOO-。
2.人體血液中存在的酸堿平衡為CO2+H2OH2CO3HC,請用平衡移動原理解釋情境中的事實。
【答案】向人體血液中注入蟻酸,血液中H+的濃度增大,HC結(jié)合H+生成H2CO3,即H2CO3離解平衡向左移動,轉(zhuǎn)化成CO2從肺部呼出,從而維持血液的pH不變。
3.有人說,往傷口上涂抹肥皂水和稀氨水能起到治療蚊蟲叮咬的作用,你同意這一觀點嗎 為什么
【答案】同意;蟻酸與肥皂水、氨水發(fā)生酸堿中和反應(yīng),生成無毒的鹽和水,起到治療作用。
【核心歸納】
外界條件對電離平衡的影響
電離平衡的移動符合勒·夏特列原理,離子濃度相當(dāng)于反應(yīng)產(chǎn)物的平衡濃度,分子濃度相當(dāng)于反應(yīng)物的平衡濃度,外界條件對其影響可歸納為以下幾點:
(1)濃度。對于同一弱電解質(zhì),濃度越大,電離平衡越向右移動,但是電離程度減小;濃度越小,電離程度越大,即溶液加水稀釋時,電離平衡向著電離的方向移動,即“越稀越電離”。
(2)溫度。由于弱電解質(zhì)的電離過程一般是吸熱的,因此升高溫度,電離平衡向著電離的方向移動。
(3)同離子效應(yīng)。在弱電解質(zhì)溶液中加入同弱電解質(zhì)電離產(chǎn)生相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)時,電離平衡將逆向移動。
(4)化學(xué)反應(yīng)。在弱電解質(zhì)溶液中加入能與弱電解質(zhì)電離產(chǎn)生的某種離子反應(yīng)的物質(zhì),電離平衡將向電離的方向移動。
如甲酸的稀溶液中存在平衡:HCOOHH++HCOO-　ΔH>0
改變條件 電離平衡移動方向 H+數(shù)目 c(H+) 導(dǎo)電能力
加水稀釋 正向 增多 減小 減弱
升溫(不考慮分解) 正向 增多 增大 增強(qiáng)
加入少量NaOH(s) 正向 減少 減小 增強(qiáng)
加入少量NaClO(s) 正向 減少 減小 增強(qiáng)
加鹽酸 逆向 增多 增大 增強(qiáng)
加鐵粉 正向 減少 減小 增強(qiáng)
【典型例題】
【例3】下列有關(guān)電離平衡的敘述中正確的是(　　)。
A.電解質(zhì)達(dá)到電離平衡后,各種離子的濃度相等
B.電離平衡時,由于分子和離子的濃度不斷發(fā)生變化,故電離平衡是動態(tài)平衡
C.電離平衡是相對的、暫時的,外界條件改變時,平衡可能會發(fā)生移動
D.電解質(zhì)在溶液里達(dá)到電離平衡時,分子的濃度和離子的濃度相等
【答案】C
【解析】A項,電解質(zhì)達(dá)到電離平衡后,電解質(zhì)電離成離子的速率與離子結(jié)合生成分子的速率相等,各種離子的濃度不再變化,但不一定相等,錯誤;B項,電離平衡狀態(tài)時,由于電離速率與離子結(jié)合生成分子的速率相等,分子和離子的濃度不再發(fā)生變化,因此電離平衡是動態(tài)平衡,錯誤;C項,電離平衡是一定條件下的動態(tài)平衡,當(dāng)外界條件改變時,平衡可能會發(fā)生移動,然后重新達(dá)到平衡狀態(tài),正確。
【例4】在氨水中存在下列電離平衡:NH3·H2ON+OH-。
(1)下列情況能引起電離平衡正向移動的有　　　　　(填字母,下同)。
①加NH4Cl固體　②加NaOH溶液　③通入HCl
④加CH3COOH溶液　⑤加水　⑥加壓
a.①③⑤　　b.①④⑥　　c.③④⑤　　d.①②④
(2)向含有酚酞的0.1 mol·L-1氨水中加入少量的NH4Cl晶體,則溶液顏色　　　。
a.變藍(lán)色 b.變深 c.變淺 d.不變
(3)寫出在一定溫度下,加水逐漸稀釋1 mol·L-1氨水的過程中,隨著水量的增加,溶液中下列含量的變化。
①n(OH-)　　　(填“增大”、“減小”或“不變”,下同);
②　　　;③　　　。
【答案】(1)c　(2)c
(3)①增大　②增大　③不變
【解析】(1)①加入NH4Cl固體相當(dāng)于加入N,平衡左移;②加NaOH溶液相當(dāng)于加入OH-,平衡左移;③通入HCl相當(dāng)于加入H+,中和OH-,平衡右移;④加CH3COOH溶液,相當(dāng)于加H+,中和OH-,平衡右移;⑤加水稀釋,越稀越電離,平衡右移;⑥無氣體參加和生成,加壓對電離平衡無影響。(2)向氨水中加入NH4Cl晶體,c平(N)增大,則NH3·H2O的電離平衡逆向移動,c平(OH-)減小,顏色變淺。(3)加水稀釋,NH3·H2O的電離平衡向電離方向移動,n(OH-)逐漸增大,n(NH3·H2O)逐漸減小,=,所以逐漸增大;電離平衡常數(shù)K=只與溫度有關(guān),所以加水稀釋時不變。
易錯提示：(1)弱電解質(zhì)的電離是微弱的,在溶液中主要以弱電解質(zhì)分子形式存在。
(2)對弱電解質(zhì)溶液升溫一般指的是微熱,此時電離程度增大,電離常數(shù)增大,但是水的離子積一般認(rèn)為不變。
(3)電離平衡發(fā)生正向移動,弱電解質(zhì)的電離程度不一定增大,如醋酸溶液中加冰醋酸。
(4)多元弱酸分步電離,電離常數(shù)逐漸減小,上一步電離產(chǎn)生的H+對下一步的電離起到抑制作用。
(5)弱電解質(zhì)溶液加水稀釋,電離程度增大,但是弱電解質(zhì)電離出的離子濃度卻不是增大,而是減小的。
【隨堂檢測】
課堂基礎(chǔ)
1.在0.2 mol·L-1的CH3COOH溶液中,當(dāng)CH3COOHH++CH3COO-達(dá)到平衡時,若要使CH3COOH的電離程度減小,溶液中的c平(H+)增大,應(yīng)加入(　　)。
A.CH3COONa固體　　　　　 B.氨水
C.HCl D.H2O
【答案】C
【解析】A項,向CH3COOH溶液中加入CH3COONa固體,CH3COONa溶于水電離出CH3COO-,抑制CH3COOH的電離,CH3COOH的電離程度減小,溶液中的c平(H+)減小,錯誤;B項,向CH3COOH溶液中加入氨水,氨水和H+反應(yīng),促進(jìn)CH3COOH的電離,CH3COOH的電離程度增大,但溶液中的c平(H+)減小,錯誤;C項,向CH3COOH溶液中加入HCl,c平(H+)增大,抑制CH3COOH的電離,CH3COOH的電離程度減小,正確;D項,稀釋CH3COOH溶液,促進(jìn)CH3COOH的電離,CH3COOH的電離程度增大,但c平(H+)減小,錯誤。
2.下列事實能說明醋酸是弱電解質(zhì)的是(　　)。
A.醋酸能使石蕊溶液變紅
B.25 ℃時,0.1 mol·L-1醋酸溶液的pH約為3
C.向醋酸溶液中加入氫氧化鈉溶液,溶液pH增大
D.醋酸能與碳酸鈣反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體
【答案】B
【解析】使石蕊變紅只能說明醋酸在溶液中電離出H+,但不能判斷是否完全電離,A項錯誤;0.1 mol·L-1醋酸溶液pH約為3,即c平(H+)=0.001 mol·L-1,說明醋酸未完全電離,屬于弱電解質(zhì),B項正確;向醋酸溶液中加入NaOH溶液,因發(fā)生中和反應(yīng)使c平(H+)減小,溶液pH增大,C項錯誤;醋酸與碳酸鈣反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體,只可證明醋酸酸性強(qiáng)于碳酸,但無法判斷醋酸是否為弱電解質(zhì),D項錯誤。
3.下列說法正確的是(　　)。
A.電離平衡常數(shù)受溶液濃度的影響
B.電離平衡常數(shù)可以表示弱電解質(zhì)的相對強(qiáng)弱
C.電離常數(shù)大的酸溶液中c平(H+)一定比電離常數(shù)小的酸溶液中大
D.H2CO3的電離常數(shù)表達(dá)式:K=
【答案】B
【解析】電離平衡常數(shù)是溫度的函數(shù),與溶液濃度無關(guān),A項錯誤;電離平衡常數(shù)可以表示弱電解質(zhì)的相對強(qiáng)弱,B項正確;酸中c平(H+)既跟酸的電離常數(shù)有關(guān),還跟酸的濃度有關(guān),C項錯誤;H2CO3屬于二元弱酸,其電離方程式為H2CO3HC+H+、HCH++C,Ka1=,Ka2=,電離以第一步為主,D項錯誤。
4.下列曲線中,可以描述乙酸(甲,Ka=1.7×10-5 mol·L-1)和一氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3mol·L-1)在水中的電離程度和濃度關(guān)系的是(　　)。
　　　
A　　　　　　　　　　　　B
　　　
C　　　　　　　　　　　　D
【答案】B
【解析】根據(jù)甲、乙的電離平衡常數(shù)得,這兩種物質(zhì)都是弱電解質(zhì),在溫度不變、濃度相等時,電離程度:CH3COOH對接高考
5.(2019·天津卷,5)某溫度下,HNO2和CH3COOH的電離常數(shù)分別為5.0×10-4 mol·L-1和1.7×10-5 mol·L-1。將pH和體積均相同的兩種酸溶液分別稀釋,其pH隨加水體積的變化如圖所示。下列敘述正確的是(　　)。
A.曲線Ⅰ代表HNO2溶液
B.溶液中水的電離程度:b點>c點
C.從c點到d點,溶液中保持不變(其中HA、A-分別代表相應(yīng)的酸和酸根離子)
D.相同體積a點的兩溶液分別與NaOH恰好中和后,溶液中n(Na+)相同
【答案】C
【解析】由圖可知,稀釋相同的倍數(shù),Ⅱ的變化大,則Ⅱ的酸性比Ⅰ的酸性強(qiáng),Ⅱ代表HNO2,Ⅰ代表CH3COOH,A項錯誤;酸抑制水的電離,b點pH小,酸性強(qiáng),對水的電離抑制程度大,B項錯誤;Ⅱ代表HNO2,==,Kw為水的離子積常數(shù),K(HNO2)為HNO2的電離常數(shù),均只與溫度有關(guān),溫度不變,則K不變,C項正確;體積和pH均相同的HNO2和CH3COOH溶液,c平(CH3COOH)>c平(HNO2),分別滴加同濃度的NaOH溶液至恰好中和,CH3COOH消耗的氫氧化鈉溶液體積多,D項錯誤。
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