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文档介绍
2020届高考化学一轮复习弱电解质的电离平衡学案(1)
第23讲 弱电解质的电离平衡 考纲要求 名师点拨 1.了解电解质的概念,了解强电解质和弱电解质的概念。 2.理解电解质在水中的电离以及电解质溶液的导电性。 3.理解弱电解质在水中的电离平衡,能利用电离平衡常数进行相关计算。 本讲内容是高考基础考查点,主要涉及以下三方面的内容:一是强弱电解质的判断与比较;二是外界条件对电离平衡的影响,往往结合图象进行考查,同时考查溶液的pH变化及溶液的导电性;三是电离平衡常数,重点命题角度为电离平衡常数的计算及应用。预计今后高考会结合溶液的酸碱性、盐的水解、离子浓度、平衡移动原理的运用等对电离常数进行考查。 考点一 弱电解质的电离平衡 1.强、弱电解质 (1)定义与物质类别 (2)与化合物类别的关系 强电解质主要是大部分__离子__化合物及某些__共价__化合物,弱电解质主要是某些__共价__化合物。 (3)电离方程式的书写——“强等号,弱可逆,多元弱酸分步离” ①强电解质:如H2SO4:__H2SO4=2H++SO__ ②弱电解质: a.一元弱酸,如CH3COOH: CH3COOHCH3COO-+H+ 。 b.多元弱酸,分步电离,分步书写且第一步电离程度远远大于第二步的电离程度,如H2CO3: H2CO3H++HCO HCOH++CO 。 c.多元弱碱,分步电离,一步书写。如Fe(OH)3: Fe(OH)3Fe3++3OH- 。 ③酸式盐: a.强酸的酸式盐 如NaHSO4在水溶液中: NaHSO4===Na++H++SO ;熔融时:NaHSO4===__Na++HSO__。 b.弱酸的酸式盐:“强中有弱”,如NaHCO3: NaHCO3===Na++HCO 、 HCOH++CO 。 2.弱电解质的电离平衡 (1)电离平衡的建立 弱电解质的电离平衡是指在一定条件(__温度__、__浓度__)下,弱电解质分子__电离成离子__的速率和__离子结合成弱电解质分子__的速率相等,溶液中各分子和离子的浓度都保持不变时的状态。 平衡建立过程的v-t图象如图所示。 (2)电离平衡的特征 —__可逆__过程 | ○ | 定 —条件一定,平衡体系中分子与离子的浓度一定 | —条件改变,平衡__发生移动__ (3)影响电离平衡的因素: 因素 对电离平衡的影响 外 内因 弱电解质本身的性质决定弱电解质电离程度的大小 因 温度 由于电离过程吸热,温度改变,平衡移动,升温,促进电离,电离平衡向右移动 浓度 电解质溶液浓度越小,电离程度越大 外加电解质 同离子效应 加入含弱电解质离子的强电解质,电离平衡逆向移动,抵制电离,电离程度减小 含有可与弱电解 质反应的离子 电解质电离程度增大,促进电离 电离平衡向右移动 下面以0.1 mol·L-1CH3COOH溶液为例(CH3COOHCH3COO-+H+ΔH>0),用平衡移动原理分析电离平衡的移动。 改变条件 平衡移动方向 c(CH3COOH) n(H+) c(H+) c(CH3COO-) 电离 程度 导电 能力 电离平衡常数 加水稀释 __右移__ __减小__ __增大__ __减小__ __减小__ __增大__ __减弱__ __不变__ 加少量 冰醋酸 __右移__ __增大__ __增大__ __增大__ __增大__ __减小__ __增强__ __不变__ 通入HCl 气体 __左移__ __增大__ __增大__ __增大__ __减小__ __减小__ __增强__ __不变__ 加NaOH 固体 __右移__ __减小__ __减小__ __减小__ __增大__ __增大__ __增强__ __不变__ 加 CH3COONa 固体 __左移__ __增大__ __减小__ __减小__ __增大__ __减小__ __增强__ __不变__ 加入镁粉 __右移__ __减小__ __减小__ __减小__ __增大__ __增大__ __增强__ __不变__ 升高温度 __右移__ __减小__ __增大__ __增大__ __增大__ __增大__ __增强__ __增大__ 特别提醒: (1)稀醋酸加水稀释时,溶液中的各离子浓度并不是都减小,如c(OH-)是增大的。 (2)电离平衡右移,电解质分子的浓度不一定减小,如稀醋酸中加入冰醋酸。 (3)电离平衡右移,电离程度也不一定增大。 3.电离度: (1)定义:一定条件下,当弱电解质在溶液中达到电离平衡时,溶液中已经电离的电解质分子数占原来弱电解质总分子数的百分数。 (2)表达式:α=×100%。 (3)意义:衡量弱电解质的电离程度,在相同条件下(浓度、温度相同),不同弱电解质的电离度越大,弱电解质的电离程度越大。 (4)一元弱酸(HA)、一元弱碱(如NH3·H2O)中电离度(α)与c(H+)、c(OH-)的关系。 设一定温度下,浓度为c mol·L-1醋酸的电离度为αa。 CH3COOH CH3COO-+H+ 起始/mol·L-1 c 0 0 变化/mol·L-1 c·αa cαa cαa 平衡/mol·L-1 c-cαa≈c cαa cαa 则c(H+)=cαa Ka==cα 同理:对于一元弱碱(如NH3·H2O),c(OH-)=cαb。 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)溶液导电能力弱的电解质一定是弱电解质( × ) (2)稀醋酸中加入少量醋酸钠能增大醋酸的电离程度( × ) (3)温度升高,弱电解质的电离平衡右移( √ ) (4)弱电解质溶液中存在溶质分子,而强电解质溶液中不存在溶质分子( √ ) (5)AgCl的水溶液不导电,而CH3COOH的水溶液能导电,故AgCl是弱电解质,CH3COOH是强电解质( × ) (6)一定条件下,CH3COOHCH3COO-+H+达到平衡时,c(H+)=c(CH3COO-)( × ) (7)向0.1 mol·L-1CH3COOH溶液加水稀释或加入少量CH3COONa晶体时都会引起溶液中c(H+)减小( √ ) (8)弱电解质的导电能力一定小于强电解质( × ) (9)熔融时是否导电是区别强电解质与弱电解质的标准( × ) (10)除水的电离平衡外,醋酸溶液中存在电离平衡,而盐酸中不存在电离平衡( √ ) (11)醋酸溶液中,CH3COOH达到电离平衡时,溶液中检测不出CH3COOH分子( × ) (12)电离平衡右移,电解质分子的浓度一定减小( × ) (13)向稀氨水中加入盐酸,盐酸与NH3·H2O反应,使NH3·H2ONH+OH-平衡左移( × ) (14)氨水中,当c(NH)=c(OH-)时,表示氨水已达到电离平衡( × ) (15)除水的电离平衡外,盐酸中不存在其它电离平衡( √ ) 2.稀释某一弱电解质溶液时,所有微粒浓度都会减小吗? 提示:对于弱电解质的电离平衡体系的相关微粒,其浓度都是减小的。但由于还存在H2O的电离平衡,对弱酸溶液稀释时,c(OH-)会增大;对弱碱溶液稀释时,c(H+)会增大。 1.(2019·四川成都模拟)下列事实中,能说明MOH是弱碱的有( B ) ①0.1 mol·L-1 MOH溶液可以使酚酞试液变红 ②0.1 mol·L-1 MCl溶液呈酸性 ③0.1 mol·L-1 MOH溶液的导电能力比0.1 mol·L-1 NaOH溶液弱 ④等体积的0.1 mol·L-1 MOH溶液与0.1 mol·L-1 HCl溶液恰好完全反应 A.①②③ B.②③ C.②④ D.③④ [解析] ①说明0.1 mol·L-1 MOH溶液呈碱性,不能证明MOH为弱碱;②说明M++H2OMOH+H+,证明MOH为弱碱;③说明MOH部分电离,证明MOH为弱碱;④n(MOH)=n(HCl),故二者恰好完全反应,不能说明MOH为弱碱。 2.(2019·试题调研) 能证明乙酸是弱酸的实验事实是( B ) A.CH3COOH溶液与Zn反应放出H2 B.0.1 mol/L CH3COONa溶液的pH大于7 C.CH3COOH溶液与Na2CO3反应生成CO2 D.0.1 mol/L CH3COOH溶液可使紫色石蕊变红 [解析] A.只能证明乙酸具有酸性,不能证明其酸性强弱,错误;B.该盐水溶液显碱性,由于NaOH是强碱,故可以证明乙酸是弱酸,正确;C.可以证明乙酸的酸性比碳酸强,但不能证明其是弱酸,错误;D.可以证明乙酸具有酸性,但是不能证明其酸性强弱,错误。 3.(2019·河北邢台期末) 常温下,在pH=5的CH3COOH溶液中存在如下电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,对于该平衡,下列叙述正确的是( C ) A.加入水时,平衡向右移动,CH3COOH电离常数增大 B.加入少量CH3COONa固体,平衡向右移动 C.加入少量NaOH固体,平衡向右移动,c(H+)减小 D.加入少量pH=5的硫酸,溶液中c(H+)增大 [解析] 加入水稀释,使醋酸的电离平衡向右移动,但CH3COOH电离常数不变,A项错误;加入少量CH3COONa固体,c(CH3COO-)增大,使醋酸的电离平衡向左移动,B项错误;加入的少量NaOH固体与H+中和,c(H+)减小,使醋酸的电离平衡向右移动,C项正确;加入少量pH=5的硫酸,溶液中c(H+)不变,D项错误。 [易错警示] ①稀醋酸加水稀释时,溶液中的各离子浓度并不是都减小,如c(OH-)是增大的。 ②电离平衡右移,电解质分子的浓度不一定减小,如向稀醋酸中加入冰醋酸。 ③电离平衡右移,电离程度也不一定增大。 萃取精华: 从“定性”和“定量”两个角度理解电离平衡 (1)从定性角度分析电离平衡:应该深刻地理解勒夏特列原理——平衡向“减弱”这种改变的方向移动,移动结果不能“抵消”或“超越”这种改变。 (2)从定量角度分析电离平衡:当改变影响电离平衡的条件后,分析两种微粒浓度之比的变化时,若通过平衡移动的方向不能作出判断,应借助化学平衡常数进行定量分析。 4.(2019·新题预选)浓度均为0.10 mol·L-1、体积均为V0的MOH和ROH溶液,分别加水稀释至体积V,pH随lg的变化如图所示,下列叙述错误的是( D ) A.MOH的碱性强于ROH的碱性 B.ROH的电离程度b点大于a点 C.若两溶液无限稀释,则它们的c(OH-)相等 D.当lg=2时,若两溶液同时升高温度,则增大 [解析] 由图象可知0.1 mol·L-1的MOH溶液的pH=13,说明MOH完全电离,为强电解质,同理判断ROH为弱电解质,所以前者的碱性大于后者,A正确;ROH为弱电解质,溶液越稀越易电离,所以电离程度b点大于a点,B正确;当两溶液无限稀释下去,相当于纯水,所以二者c(OH-)相等,C正确;当lg=2时,即将原溶液加水稀释100倍,此时MOH溶液的pH=11,ROH溶液的pH=10,则MOH为强碱,ROH存在电离平衡,为弱 碱,升高温度平衡右移,M+浓度无影响,R+浓度增大,所以减小,D错误。 5.(2019·山西太原一中检测)稀氨水中存在电离平衡:NH3·H2ONH+OH-,若要使平衡逆向移动,同时使c(OH-)增大,应加入的物质或采取的措施是( C ) ①NH4Cl固体 ②硫酸 ③NaOH固体 ④水 ⑤加热 ⑥少量MgSO4固体 A.①②③⑤ B.③⑥ C.③ D.③⑤ [解析] 若在稀氨水中加入NH4Cl固体,c(NH)增大,平衡逆向移动,c(OH-)减小,①不符合题意:硫酸中的H+与OH-反应。使c(OH-)减小。平衡正向移动,②不符合题意;当在稀氨水中加入NaOH固体后,c(OH-)增大,平衡逆向移动,③符合题意;若在稀氨水中加入水,平衡正向移动,但c(OH-)减小,④不符合题意;加热,平衡正向移动,c(OH-)增大。⑤不符合题意:加入少量MgSO4固体发生反应Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,溶液中c(OH-)减小,平衡正向移动,⑥不符合题意。 萃取精华: 判断强、弱电解质的方法 1.电解质是否完全电离 在溶液中强电解质完全电离,弱电解质部分电离。据此可以判断HA是强酸还是弱酸,如:若测得0.1 mol/L的HA溶液的pH=1,则HA为强酸;若pH>1,则HA为弱酸。 2.是否存在电离平衡 强电解质不存在电离平衡,弱电解质存在电离平衡,在一定条件下电离平衡会发生移动。 (1)一定pH的HA溶液稀释前后pH的变化: 将pH=3的HA溶液稀释100倍后,再测其pH,若pH=5,则为强酸,若pH<5,则为弱酸。 (2)升高温度后pH的变化:若升高温度,溶液的pH明显减小,则是弱酸。因为弱酸存在电离平衡,升高温度时,电离程度增大,c(H+)增大。而强酸不存在电离平衡,升高温度时,只有水的电离程度增大,pH变化幅度小。 3.酸根离子(或弱碱阳离子)是否能发生水解 强酸根离子不水解,弱酸根离子易发生水解,据此可以判断HA是强酸还是弱酸。可直接测定NaA溶液的pH:若pH=7,则HA是强酸;若pH>7,则HA是弱酸。 6.(2019·四川乐山调研) 常温下,向20 mL 0.01 mol·L-1 CH3COOH溶液中逐滴加入0.01 mol·L-1的NaOH溶液,溶液中水电离出的c(H+)随加入NaOH溶液的体积变化如图所示,下列说法不正确的是 ( B ) A.从a到c,醋酸的电离始终受到促进 B.b、d两点溶液的pH相同 C.c点所示溶液中c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+) D.e点所示溶液中,c(Na+)=2c(CH3COO-)+2c(CH3COOH) [解析] 醋酸溶液中存在CH3COOHCH3COO-+H+,加入NaOH溶液,消耗H+,醋酸的电离平衡正向移动,所以从a到c,醋酸的电离始终受到促进,故A正确。a点溶质为CH3COOH,溶液显酸性;b点溶质为CH3COOH和CH3COONa,且二者物质的量相等;c点溶质为CH3COONa,溶液显碱性;d点溶质为CH3COONa和NaOH,溶液碱性强于c点,则a→d的过程中溶液碱性逐渐增强,故b、d两点pH不相同,故B错误。c点溶质为CH3COONa,由于CH3COO-水解,所以有c(Na+)>c(CH3COO-),溶液显碱性,c(OH-)>c(H+),水解是微弱的,c(CH3COO-)>c(OH-),则各离子浓度大小顺序为c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),故C正确。e点溶质为CH3COONa和NaOH且二者物质的量相等,根据物料守恒可得c(Na+)=2c(CH3COO-)+2c(CH3COOH),故D正确。 7.(2019·湖北荆州质检)氨是重要的工业原料,在农业、医药、国防和化工等领域有重要应用。 Ⅰ.(1)工业上用N2和H2在一定条件下合成氨,下列措施能使正反应速率增大,且使平衡混合物中NH3的体积分数一定增大的是__B__(填序号)。 A.降低反应温度 B.压缩反应混合物 C.充入N2 D.液化分离NH3 (2)常温下向100 mL 0.2 mol·L-1的氨水中逐滴加入0.2 mol·L-1的盐酸,所得溶液的pH、溶液中NH和NH3·H2O物质的量分数与加入盐酸的体积的关系如图所示,根据图象回答下列问题。 ①表示NH3·H2O浓度变化的曲线是__A__(填“A”或“B”)。 ②NH3·H2O的电离常数为__1.8×10-5或10-4.74__(已知lg 1.8=0.26)。 ③当加入盐酸的体积为50 mL时,溶被中c(NH)-c(NH3·H2O)=__2×10-5-2×10-9__mol·L-1(用数字表示)。 Ⅱ.若液氨中也存在类似水的电离(H2O+H2OH3O++OH-),碳酸钠溶于液氨后也能发生完全电离和类似水解的氨解。 (1)写出液氨的电离方程式: NH3+NH3NH+NH 。 (2)写出碳酸钠溶于液氨后第一步氨解的离子方程式: CO+2NH3NH+NH4CO 。 (3)写出碳酸钠的液氨溶液中各离子浓度的大小关系:__c(Na+)>c(CO)>c(NH)> c(NH4CO)>c(NH)__。 [解析] Ⅰ.(1)降低反应温度,化学反应速率降低,故A错误;合成氨:N2+3H22NH3,压缩反应混合物,增大压强,化学反应速率加快,促使平衡向正反应方向移动,NH3的体积分数增大,故B正确;充入N2,正反应方向速率加快,总气体物质的量增大,氨气的体积分数减小,故C错误;分离出NH3,正反应速率减小,故D错误。 (2)①根据题意,向NH3·H2O中滴加HCl,发生NH3·H2O+HCl===NH4Cl+H2O,NH3·H2O的浓度降低,根据图象分析知A曲线代表NH3·H2O浓度的变化;②电离常数Kb=,电离常数只受温度的影响,当pH=9.26时,c(NH)=c(NH3·H2O),Kb=10-4.74;③根据电荷守恒,c(NH)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),根据物料守恒,c(NH)+c(NH3·H2O)=2c(Cl-),推出c(NH)-c(NH3·H2O)=2c(OH-)-2c(H+)=2(10-5-10-9) mol·L-1。 Ⅱ.(1)液氨电离与水的电离类似,因此液氨的电离方程式为NH3+NH3NH+NH;(2)根据盐类水解的定义,即第一步氨解的离子方程式为CO+2NH3NH+NH4CO;(3)氨解中存在CO+2NH3NH+NH4CO,NH3+NH3NH+NH,氨解的程度微弱,因此,离子浓度大小顺序是:c(Na+)>c(CO)>c(NH)>c(NH4CO)>c(NH)。 考点二 电离平衡常数 1.表达式 (1)对于一元弱酸HA:HAH++A-,平衡常数 Ka= 。 (2)对于一元弱碱BOH:BOHB++OH-,平衡常数 Kb= 。 2.特点 (1)电离平衡常数(也叫电离常数)只与温度有关,升高温度,K值__增大__。 (2)多元弱酸的各级电离平衡常数的大小关系是第一步__≫__第二步__≫__第三步……,故其酸性取决于第__一__步电离。 3.意义: 相同条件下,K值越大,表示该弱电解质__越易__电离,所对应的酸性或碱性相对__越强__。 4.(1)填写下表 弱电解质 电离方程式 电离常数 NH3·H2O NH3·H2ONH+OH- Kb=1.7×10-5 CH3COOH CH3COOHCH3COO-+H+ Ka=1.7×10-5 HClO HClOH++ClO- Ka=4.7×10-8 (2)CH3COOH酸性__大于__HClO酸性(填“大于”“小于”或“等于”),判断的依据:__相同条件下,电离常数越大,电离程度越大,c(H+)越大,酸性越强,k(CH3COOH)>k(HClO)__。 (3)磷酸是三元中强酸 ①磷酸的电离方程式是 H3PO4H++H2PO,H2POH++HPO,HPOH++PO 。 ②电离平衡常数表达式是:Ka1= ,Ka2= ,Ka3= 。 ③比较大小:Ka1__>__Ka2__>__Ka3。 5.电离平衡常数的4大应用 (1)判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离平衡常数越大,酸性(或碱性)越强。 (2)判断盐溶液的酸性(或碱性)的强弱,电离平衡常数越大,对应的盐水解程度越小,酸性(或碱性)越弱。 (3)判断复分解反应能否发生,一般符合“强酸制弱酸”规律。 (4)判断微粒浓度比值的变化。 弱电解质加水稀释时,能促进弱电解质的电离,溶液中离子和分子的浓度会发生相应的变化,但电离常数不变,考题中经常利用电离常数来判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。 如0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液加水稀释,==,加水稀释,c(H+)减小,Ka值不变,则增大。 6.有关电离平衡常数的计算(以弱酸HX为例) (1)已知c(HX)和c(H+),求电离平衡常数。 HX H+ + X- 起始: c(HX) 0 0 平衡: c(HX)-c(H+) c(H+) c(H+) 则:K== 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K=,代入数值求解即可。 (2)已知c(HX)和电离平衡常数,求c(H+)。 HX H+ + X- 起始: c(HX) 0 0 平衡: c(HX)-c(H+) c(H+) c(H+) 则K== 由于c(H+)的数值很小,可做近似处理:c(HX)-c(H+)≈c(HX),则c(H+)=,代入数值求解即可。 特别提醒: (1)电离平衡常数与化学平衡常数一样,只与温度有关,与其他条件无关。 (2)依据电离平衡常数除了可以比较弱电解质的电离能力外,还能判断电离平衡的移动方向。 (3)在运用电离平衡常数表达式进行计算时,浓度必须是平衡时的浓度。 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)在一定温度下,不同浓度的同一弱电解质,其电离平衡常数一定相同( √ ) (2)电离平衡常数越小,表示弱电解质的电离能力越弱( √ ) (3)电离平衡右移,电离平衡常数一定增大( × ) (4)温度不变,向NH3·H2O溶液中加入NH4Cl,平衡左移,电离平衡常数减小( × ) (5)电离常数大的酸溶液中的c(H+)一定比电离常数小的酸溶液中的c(H+)大( × ) (6)H2CO3的电离常数表达式:Ka=( × ) (7)要增大某种弱电解质的电离平衡常数,只能采取升高温度的方法( √ ) (8)对于CH3COOHCH3COO-+H+,在一定温度下,加入盐酸平衡左移,电离平衡常数减小( × ) (9)对于NH3·H2ONH+OH-,K=,表达式中的NH一定是氨水电离提供的( × ) (10)多元弱酸各步电离平衡常数相互关系为K1查看更多