第十一单元 水溶液中的离子平衡(1)
2015-11-25 09:46:39 来源: 撰稿:董啸 摄影摄像: ; 评论:0 点击:
第十一单元 水溶液中的离子平衡(1)
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授课人:董 啸 |
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①掌握原电离平衡原理、盐类水解的原理; |
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教学目标: |
②掌握溶液pH与氢离子浓度、氢氧根离子浓度的简单计算; |
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③利用平衡移动原理解释某些问题。
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教学重点: |
液pH与氢离子浓度、氢氧根离子浓度的简单计算 |
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教学难点: |
利用平衡移动原理解释某些问题 |
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教学方法: |
精讲精炼,分析比较,发现规律 |
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教学过程: |
第一课时 |
基础知识精析
一、弱电解质的电离
1、电解质
①电解质是指在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物,非电解质是指无论在水溶液或熔融状态都不能导电的化合物。
注意:单质、溶液、NH3、CO2、SO2等不属于电解质。
②在水溶液里全部电离成离子的电解质叫做强电解质,只有部分分子电离成离子的电解质叫做弱电解质。
③与化合物类型的关系
强电解质主要是大部分离子化合物和某些共价化合物。弱电解质主要是某些共价化合物。
说明:无机物中,酸、碱、大部分盐都是电解质,金属氧化物大部分都是电解质,非金属氧化物都是非电解质。通常情况下的气体化合物除卤化氢、H2S为电解质外,其他大多是非电解质。有机化合物大多是非电解质。
2、弱电解质的电离平衡
①电离平衡:在一定条件(如温度、浓度)下,当电解质分子离解成离子的速率和离子结合成分子的速率相等时,电离过程就达到了平衡的状态。
②特征:逆、等、动、定、变
③弱电解质电离平衡移动:
a.理论依据:
由勒沙特列原理可知:①升温,平衡向右移动(电离反应为吸热反应);②加水稀释,平衡向右移动;③减小H+或A-的浓度,平衡向右移动。
b.影响电离平衡的因素
①浓度:浓度越大,电离程度越小;在稀释溶液时,电离平衡向右移动,而离子浓度一般会减小。
②温度:温度越高,电离程度越大;因电离是吸热反应,升温平衡向吸热方向(电离方向)移动。
③同离子效应:醋酸溶液中加入醋酸钠晶体,平衡左移,电离程度减小,加入稀HCl亦然。
④能反应的离子:醋酸溶液中加入NaOH,平衡右移,电离程度增大。
规律:越热越电离,越稀越电离,酸和碱可抑制或促进电离。
【思考与交流】
以0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液为例:CH3COOH≒CH3COO-+H+(正向吸热)。
实例(稀溶液) |
CH3COOH≒H++CH3COO- ΔH>0 |
||||
改变条件 |
移动方向 |
n(H+) |
c(H+) |
导电能力 |
Ka |
加水稀释 |
→ |
增大 |
减小 |
减弱 |
不变 |
加入少量冰醋酸 |
→ |
增大 |
增大 |
增强 |
不变 |
加HCl(g) |
← |
增大 |
增大 |
增强 |
不变 |
加NaOH(s) |
→ |
减小 |
减小 |
增强 |
不变 |
加入镁粉 |
→ |
减小 |
减小 |
增强 |
不变 |
升高温度 |
→ |
增大 |
增大 |
增强 |
增大 |
3、电离方程式:
a.强电解质:MgCl2=Mg2++2Cl-
b.弱电解质: H2S≒H++HS- ;HS- ≒ H++S2-
c.强中有弱:NaHCO3=Na++HCO3- ;HCO3- ≒ H++CO32-
【深度思考】
1.电离平衡右移,电解质分子的浓度一定减小吗?离子的浓度一定增大吗?
答案 都不一定。如对于CH3COOH≒CH3COO-+H+平衡后,加入冰醋酸,c(CH3COOH)增大,平衡右移,根据勒夏特列原理,只能“减弱”而不能“消除”,再次平衡时,c(CH3COOH)比原平衡时大;加水稀释或加少量NaOH固体,都会引起平衡右移,但c(CH3COOH)、c(H+)都比原平衡时要小。
2.稀释一弱电解质溶液时,所有粒子浓度都会减小吗?
答案 对于弱酸或弱碱溶液,只要对其稀释,电离平衡均会发生右移,例如HA溶液稀释时,c(HA)、c(H+)、c(A-)均减小(参与平衡建立的微粒);平衡右移的目的是为了减弱c(H+)、c(A-)的减小,但c(OH-)会增大。
3.下列溶液中所含微粒种类由大到小的顺序是________。
A.氨水 B.氯水 C.硫酸氢钠溶液 D.盐酸
答案 BACD
解析 氨水:NH3、H2O、NH3·H2O、NH、OH-、H+共6种;氯水:H2O、Cl2、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-共7种;NaHSO4溶液:H2O、Na+、H+、SO、OH-共5种;盐酸:H+、Cl-、OH-、H2O共4种。
4.下列说法不正确的是________。
①BaSO4难溶于水,其属于弱电解质 ②强电解质的导电能力一定比弱电解质的导电能力强 ③弱电解质一定是共价化合物 ④氨气溶于水,当c(OH-)=c(NH)时,表明氨水电离处于平衡状态 ⑤由0.1 mol·L-1一元碱BOH的pH=10,可知溶液存在BOH=B++OH-
答案 ①②③④⑤
4、一元强酸与一元弱酸的比较
①相同物质的量浓度、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较:
H+ 浓度:盐酸大于醋酸 ;pH:盐酸小于醋酸。
②相同pH、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较:
H+ 浓度:盐酸等于醋酸 ;物质的量浓度:盐酸小于醋酸。
③离子导电能力比较:离子浓度越大,所带电荷越多,导电能力越强。
说明:
a.电解质溶液导电属于化学变化;
b.溶液浓度相同的溶液导电能力不一定相同;
c.等浓度的盐酸和醋酸相比盐酸的导电能力强;等pH值的盐酸和醋酸相比盐酸的导电能力相同;等浓度的盐酸和醋酸等体积稀释后盐酸的导电能力强; 等pH的盐酸和醋酸等体积稀释后盐酸的导电能力弱。
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浓度均为0.01 mol·L-1的强酸HA与弱酸HB |
pH均为2的强酸 HA与弱酸HB |
pH或物质的量浓度 |
2=pHHA<pHHB |
浓度:0.01 mol·L-1=c(HA)<c(HB) |
开始与金属反应的速率 |
HA>HB |
HA=HB |
体积相同时与过量的碱反应时消耗碱的量 |
HA=HB |
HA<HB |
体积相同时与过量活泼金属反应产生H2的量 |
HA=HB |
HA<HB |
c(A-)与c(B-)大小 |
c(A-)>c(B-) |
c(A-)=c(B-) |
分别加入固体NaA、NaB后pH变化 |
HA:不变 |
|
HB:变大 |
HA:不变 |
|
HB:变大 |
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加水稀释10倍后 |
3=pHHA<pHHB |
3=pHHA>pHHB>2 |
溶液的导电性 |
HA>HB |
HA=HB |
水的电离程度 |
HA<HB |
HA=HB |
【探究高考】
1.(2009·山东理综,15)某温度下,相同pH值的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释,平衡pH值随溶液体积变化的曲线如右图所示。据图判断正确的是 ( )
A.Ⅱ为盐酸稀释时的pH值变化曲线
B.b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强
C.a点Kw的数值比c点Kw的数值大
D.b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
答案 B
2.(2010·大纲全国卷Ⅱ,9)相同体积、相同pH的某一元强酸溶液①和某一元中强酸溶液②分别与足量的锌粉发生反应,下列关于氢气体积(V)随时间(t)变化的示意图正确的是 ( )
答案 C
解析 强酸完全电离,中强酸部分电离,随着反应地进行,中强酸要继续电离出H+,所以溶液②产生氢气的体积多,在相同时间内,②的反应速率比①快。
3.(2011·福建理综,10)常温下0.1 mol·L-1醋酸溶液的pH=a,下列能使溶液pH=(a+1)的措施是 ( )
A.将溶液稀释到原体积的10倍 B.加入适量的醋酸钠固体
C.加入等体积0.2 mol·L-1盐酸 D.提高溶液的温度
答案 B
解析 醋酸是弱酸,稀释10倍同时也促进了其电离,溶液的pH<(a+1),A错误;醋酸根离子水解显碱性,向酸溶液中加入适量碱性溶液可以使pH增大1,B正确;盐酸完全电离,加入盐酸后溶液的pH<a,C错误;升高温度促进醋酸的电离,溶液的pH<a,D错误。
4.(2008·天津理综,9)醋酸溶液中存在电离平衡CH3COOHH++CH3COO-,下列叙述不正确的是 ( )
A.醋酸溶液中离子浓度的关系满足:c(H+)=c(OH-)+c(CH3COO-)
B.0.10 mol·L-1的CH3COOH溶液中加水稀释,溶液中c(OH-)减小
C.CH3COOH溶液中加少量的CH3COONa固体,平衡逆向移动
D.常温下pH=2的CH3COOH溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH<7
答案 B
解析 由电荷守恒可知A项正确;加水稀释,平衡右移,但c(H+)减小,c(OH-)增大,B项不正确;加入CH3COONa固体,c(CH3COO-)增大,平衡左移,C项正确;由于CH3COOH是弱酸,pH=2的CH3COOH其浓度大于0.01 mol·L-1,与pH=12的NaOH溶液等体积混合后,CH3COOH过量,溶液的pH<7,D项正确。
5.[2009·山东理综,28(4)]在25 ℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH)=c(Cl-),则溶液显__________(填“酸”、“碱”或“中”)性;用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=_______________。
答案 中
解析 氨水与HCl等体积混合后的溶液中的电荷守恒关系式为c(NH)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),因c(NH)=c(Cl-),故有c(H+)=c(OH-),溶液显中性。
〖教后记〗
题组一 条件改变时电离平衡移动结果的判断
1.(2011·新课标全国卷,10)将浓度为0.1 mol·L-1 HF溶液加水不断稀释,下列各量始终保持增大的是 ( )
A.c(H+) B.Ka(HF) C. D.
答案 D
解析 HF为弱酸,存在电离平衡:HFH++F-。根据勒夏特列原理:当改变影响平衡的一个条件,平衡会向着能够减弱这种改变的方向移动,但平衡的移动不能完全消除这种改变,故加水稀释,平衡正向移动,但c(H+)减小,A错误;电离平衡常数只受温度的影响,温度不变,电离平衡常数Ka不变,B错误;当溶液无限稀释时,c(F-)不断减小,但c(H+)接近10-7 mol·L-1,所以减小,C错误;=,由于加水稀释,平衡正向移动,所以溶液中n(H+)增大,n(HF)减小,所以增大,D正确。
2.(2012·上海,17)将100 mL 1 mol·L-1 的NaHCO3溶液等分为两份,其中一份加入少许冰醋酸,另外一份加入少许Ba(OH)2固体,忽略溶液体积变化。两份溶液中c(CO)的变化分别是 ( )
A.减小、减小 B.减小、增大 C.增大、增大 D.增大、减小
答案 B
解析 在NaHCO3溶液中存在如下电离平衡,HCO≒H++CO,当加入少许冰醋酸时,HCO与冰醋酸电离出的H+反应生成CO2和H2O,上述平衡向左移动,c(CO)减小。当加入少量Ba(OH)2固体时发生如下反应,Ba2++2OH-+2HCO===BaCO3↓+CO+2H2O,因而c(CO)增大。选项B正确。
题组二 选取措施使电离平衡定向移动
3.在CH3COOH溶液中存在如下平衡:CH3COOH≒H++CH3COO-。加入少量下列固体物质,能使平衡逆向移动的是 ( )
A.NaCl B.CH3COONa C.Na2CO3 D.NaOH
答案 B
4.稀氨水中存在着下列平衡:NH3·H2O≒NH+OH-,若要使平衡向逆反应方向移动,同时使c(OH-)增大,应加入适量的物质是 ( )
①NH4Cl固体 ②硫酸 ③NaOH固体 ④水 ⑤加热 ⑥加入少量MgSO4固体
A.①②③⑤ B.③⑥ C.③ D.③⑤
答案 C
题组一 强酸与弱酸的比较
1.今有室温下四种溶液,有关叙述不正确的是( )
序号 |
① |
② |
③ |
④ |
pH |
11 |
11 |
3 |
3 |
溶液 |
氨水 |
氢氧化钠溶液 |
醋酸 |
盐酸 |
A.③④中分别加入适量的醋酸钠晶体后,两溶液的pH均增大
B.②③两溶液等体积混合,所得溶液中c(H+)>c(OH-)
C.分别加水稀释10倍,四种溶液的pH①>②>④>③
D.V1L④与V2L①溶液混合后,若混合后溶液pH=7,则V1<V2
答案 D
解析 醋酸钠溶液显碱性,所以A正确,也可以从平衡移动角度分析,CH3COONa电离出的CH3COO-:a.与盐酸中的H+结合生成CH3COOH;b.使醋酸中平衡CH3COOHCH3COO-+H+左移,两溶液中H+浓度均减小,所以pH均增大。B项,假设均是强酸强碱,且物质的量浓度相同,等体积混合后溶液呈中性,但③醋酸是弱酸,其浓度远远大于②,即混合后醋酸过量,溶液显酸性c(H+)>c(OH-),B正确。分别加水稀释10倍,假设平衡不移动,那么①②溶液的pH均为10,但稀释氨水使平衡NH3·H2ONH+OH-右移,使①pH>10,同理醋酸稀释后pH<4,所以C正确。假设均是强酸强碱,混合后溶液呈中性,V1=V2,但①氨水是弱碱,其浓度远远大于④盐酸,所以需要的①氨水少,即V1>V2,D错误。
2.在一定温度下,有a.盐酸 b.硫酸 c.醋酸三种酸:
(1)当三种酸物质的量浓度相同时,c(H+)由大到小的顺序是________________。
(2)同体积、同物质的量浓度的三种酸,中和NaOH的能力由大到小的顺序是______。
(3)若三者c(H+)相同时,物质的量浓度由大到小的顺序是__________。
(4)当三者c(H+)相同且体积也相同时,分别放入足量的锌,相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是________。
(5)当三者c(H+)相同且体积相同时,同时加入形状、密度、质量完全相同的锌,若产生相同体积的H2(相同状况),则开始时反应速率的大小关系为_______,反应所需时间的长短关系是_______。
(6)将c(H+)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后,c(H+)由大到小的顺序是____。
答案:(1)b>a>c (2)b>a=c (3)c>a>b(或c>a=2b) (4)c>a=b (5)a=b=c a=b>c (6)c>a=b
题组二 判断弱电解质的方法
3.为了证明醋酸是弱电解质,甲、乙、丙、丁四人分别选用下列试剂进行实验:0.1
mol·L-1醋酸溶液、0.1 mol·L-1盐酸、pH=3的盐酸、pH=3的醋酸、CH3COONa晶体、NaCl晶体、CH3COONH4晶体、蒸馏水、锌粒、pH试纸、酚酞、NaOH溶液等。
(1)甲取出10 mL的醋酸溶液,用pH试纸测出其pH=a,确定醋酸是弱电解质,则a应该满足的关系是_______________,理由是_____________。
(2)乙将pH=3醋酸和盐酸,各取1 mL,用蒸馏水稀释到100 mL,然后用pH试纸
分别测定两溶液的pH,则可认定醋酸是弱电解质,判断的依据是________。
(3)丙分别取pH=3的盐酸和醋酸10 mL,然后分别加入质量相同的锌粒,醋酸放出H2的速率快,则认定醋酸是弱电解质,你认为这一方法正确吗?____________。
(4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞试验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的试验操作和现象是_________。
答案 (1)a>1 因醋酸是弱酸,不能完全电离 (2)盐酸的pH=5,醋酸的pH<5 (3)正确。由于醋酸是弱酸,随着反应的进行,醋酸不断电离,c(H+)变化小,产生H2的速率醋酸比盐酸快 (4)配制CH3COONa、NaCl溶液,分别滴入酚酞试液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色
4.下列事实中一定不能证明CH3COOH是弱电解质的是 ( )
①常温下某CH3COONa溶液的pH=8
②用CH3COOH溶液做导电实验,灯泡很暗
③等pH、等体积的盐酸、CH3COOH溶液和足量锌反应,CH3COOH放出的氢气较多
④0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH=2.1
⑤CH3COONa和H3PO4反应,生成CH3COOH
⑥0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液稀释100倍,pH<3
A.② B.②⑤ C.①③⑤ D.③④⑤⑥
答案 A
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