高二化學教案:《弱電解質(zhì)的電離平衡教學案》教學設計
來源:精品學習網(wǎng) 2018-11-18 14:45:32
本文題目:高二一單元化學教案:弱電解質(zhì)的電離平衡教學案
第一單元 弱電解質(zhì)的電離平衡
第1課時 強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)
[目標要求] 1.了解電解質(zhì)與非電解質(zhì),強電解質(zhì)與弱電解質(zhì)的概念。2.認識強弱電解質(zhì)與物質(zhì)類別、物質(zhì)結構的關系。3.了解常見的強、弱電解質(zhì)。4.了解電解質(zhì)在水溶液中的電離及溶液的導電性。
一、強弱電解質(zhì)
1.電解質(zhì)和非電解質(zhì)
(1)根據(jù)化合物在水溶液中或熔融狀態(tài)下是否產(chǎn)生自由移動的離子,可把化合物分為電解質(zhì)和非電解質(zhì)。
電解質(zhì):在水溶液中或熔融狀態(tài)下能產(chǎn)生自由移動的離子的化合物。
非電解質(zhì):在水溶液中或熔融狀態(tài)下不能產(chǎn)生自由移動的離子的化合物。
電解質(zhì)和非電解質(zhì)的范疇都是化合物,所以單質(zhì)既不是電解質(zhì),也不是非電解質(zhì)。
(2)Na、Cl2、NH3、SO2、NO2溶于水后,其溶液都能導電。它們不是(填“是”或“不是”)電解質(zhì),在其水溶液中的電解質(zhì)分別是(水除外)NaOH、HCl和HClO、NH3?H2O、H2SO3、HNO3。
(3)常見的電解質(zhì)有酸、堿、鹽、離子型氧化物。
2.強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)
實驗探究(Ⅰ):同濃度醋酸和鹽酸的電離程度
實驗步驟:在兩只錐形瓶中分別加入等體積的濃度均為1 mol?L-1的鹽酸和醋酸,在兩個氣球中分別加入經(jīng)砂紙打磨過的長度相同的鎂條,然后將氣球套在錐形瓶口,同時將氣球中的鎂條送入錐形瓶中,觀察實驗現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象:如下表所示。
1 mol?L-1HCl 1 mol?L-1
CH3COOH 對實驗現(xiàn)象的解釋
與鎂條反應的速率 快 慢 HCl與鎂的反應速率快,說明同
濃度時,HCl中c(H+)大
溶液的pH 0 2.4 鹽酸的pH小,說明鹽酸中的
c(H+)大于醋酸中的c(H+)
實驗結論:同濃度鹽酸的電離程度大于醋酸。
實驗探究(Ⅱ):同濃度的NaOH溶液與氨水的電離程度
實驗步驟:取pH為12的氫氧化鈉和氨水各1 mL于錐形瓶中,分別用酚酞作為指示劑,用HCl作為標準溶液進行滴定。
實驗現(xiàn)象:兩溶液消耗HCl標準溶液的體積:氨水溶液>氫氧化鈉溶液。
實驗結論:NaOH和NH3?H2O的電離程度不同,pH相同的NaOH的濃度小于NH3?H2O的濃度,說明NaOH完全電離,而NH3?H2O只是部分電離。
歸納總結:(1)根據(jù)電解質(zhì)在水溶液里是否全部電離,可把電解質(zhì)分為強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。
強電解質(zhì):在水溶液中能夠完全電離的電解質(zhì)稱為強電解質(zhì)。
弱電解質(zhì):在水溶液中只能部分電離的電解質(zhì)稱為弱電解質(zhì)。
(2)常見的強電解質(zhì)有強酸、強堿和鹽;常見的弱電解質(zhì)有弱酸、弱堿、極少數(shù)的鹽[如(CH3COO)2Pb等]。
二、弱電解質(zhì)的電離過程是可逆的
1.電離平衡的建立
在一定條件(如溫度、濃度)下,當弱電解質(zhì)分子電離成離子的速率和離子結合成弱電解質(zhì)分子的速率相等時,電離過程就達到了平衡狀態(tài)。
2.弱電解質(zhì)電離方程式的書寫
(1)弱電解質(zhì)電離是可逆的,用“ ”表示。
如:CH3COOH H++CH3COO-,
NH3?H2O NH+4+OH-。
(2)多元弱酸分步電離,以第一步電離為主。如H2S電離方程式為H2S H++HS-、
HS- H++S2-。
(3)多元弱堿的電離過程復雜,中學階段要求一步寫出其電離方程式,如:Cu(OH)2 Cu2++2OH-
知識點一 電解質(zhì)、非電解質(zhì)
1.下列物質(zhì)的水溶液能導電,但屬于非電解質(zhì)的是( )
A.CH3COOH B.Cl2 C.NH4HCO3 D.SO2
答案 D
解析 選項中的4種物質(zhì)的水溶液都能導電,但原因有所不同。CH3COOH和NH4HCO3均為電解質(zhì),水溶液能導電;Cl2和SO2的水溶液能導電,是因為它們與水發(fā)生反應Cl2+H2O HCl+HClO,SO2+H2O??H2SO3,因生成物均為電解質(zhì),故溶液也導電。電解質(zhì)和非電解質(zhì)都是化合物,Cl2是單質(zhì),因此只有SO2為非電解質(zhì)。
2.電解質(zhì)是( )
A.在溶于水或熔融狀態(tài)下全部電離的化合物
B.在溶于水或熔融狀態(tài)下能導電的化合物
C.可溶性鹽類
D.導電性很強的物質(zhì)
答案 B
知識點二 強電解質(zhì)、弱電解質(zhì)
3.下列關于電解質(zhì)電離的敘述中,正確的是( )
A.碳酸鈣在水中溶解度很小,所以碳酸鈣是弱電解質(zhì)
B.碳酸鈣在水中的溶解度很小,但被溶解的碳酸鈣全部電離,所以碳酸鈣是強電解質(zhì)
C.氯氣和氨氣的水溶液導電性都很好,所以它們是強電解質(zhì)
D.水難電離,純水幾乎不導電,所以水是非電解質(zhì)
答案 B
4.關于強、弱電解質(zhì)的敘述正確的是( )
A.強電解質(zhì)都是離子化合物,弱電解質(zhì)都是共價化合物
B.強電解質(zhì)都是可溶性化合物,弱電解質(zhì)都是難溶性化合物
C.強電解質(zhì)的水溶液中無溶質(zhì)分子,弱電解質(zhì)的水溶液中有溶質(zhì)分子
D.強電解質(zhì)的水溶液導電能力強,弱電解質(zhì)的水溶液導電能力弱
答案 C
知識點三 離子方程式的書寫
5.下列電離方程式書寫正確的是( )
A.Al2(SO4)3 2Al3++3SO2-4
B.HF H++F-
C.H2S 2H++S2-
D.Ca(OH)2 Ca2++2OH-
答案 B
解析 Al2(SO4)3和Ca(OH)2是強電解質(zhì),電離方程式書寫時應用“===”連接,只有弱電解質(zhì)電離方程式的書寫用“ ”;而H2S是弱電解質(zhì),屬于二元弱酸,應分步電離;則只有B正確。
6.在水溶液中,下列電離方程式正確的是( )
A.CH3COOH CH3COO-+H+
B.NaHSO4===Na++HSO-4
C.NaHCO3===Na++H++CO2-3
D.H3PO4===3H++PO3-4
答案 A
練基礎落實
1.常壓下,僅能在水溶液中導電的電解質(zhì)是( )
A.KOH B.CH3OH C.CO2 D.KHCO3
答案 D
2.在水溶液中下列電離方程式書寫正確的是( )
A.Ca(OH)2 Ca2++2OH-
B.NaHCO3===Na++H++CO2-3
C.H2CO3??2H++CO2-3
D.Na2SO4===2Na++SO2-4
答案 D
解析 Ca(OH)2為強電解質(zhì);NaHCO3電離產(chǎn)生Na+與HCO-3;H2CO3為多元弱酸,分步電離,不可一步完成。
3.下列說法正確的是( )
A.NaCl溶液在電流作用下電離成鈉離子和氯離子
B.溶于水后能電離出氫離子的化合物都是酸
C.硫酸鋇難溶于水,但硫酸鋇屬于強電解質(zhì)
D.二氧化碳溶于水能部分電離,故二氧化碳屬于弱電解質(zhì)
答案 C
4.關于強弱電解質(zhì)及非電解質(zhì)的組合完全正確的是( )
A B C D
強電解質(zhì) NaCl H2SO4 CaCO3 HNO3
弱電解質(zhì) HF BaSO4 HClO HI
非電解質(zhì) Cl2 蔗糖 C2H5OH SO2
答案 C
5.在電解質(zhì)溶液的導電性裝置(如圖所示)中,若向某一電解質(zhì)溶液中逐滴加入另一溶液,則燈泡由亮變暗,至熄滅后又逐漸變亮的是( )
A.鹽酸中逐滴加入食鹽溶液
B.硫酸中逐滴加入氫氧化鈉溶液
C.硫酸中逐滴加入氫氧化鋇溶液
D.醋酸中逐滴加入氨水(氨水為弱電解質(zhì),CH3COONH4為強電解質(zhì))
答案 C
練方法技巧
6.下列敘述中正確的是( )
A.固體氯化鈉不導電,所以氯化鈉是非電解質(zhì)
B.銅絲能導電,所以銅是電解質(zhì)
C.氯化氫水溶液能導電,所以氯化氫是電解質(zhì)
D.三氧化硫溶于水能導電,所以三氧化硫是電解質(zhì)
答案 C
解析 本題考查了電解質(zhì)和非電解質(zhì)的判斷,解答時要從“研究對象”、“導電的條件”、“導電的實質(zhì)”三個角度分析,而不能錯誤的認為“導電的就是電解質(zhì),不導電的就是非電解質(zhì)”。A項NaCl不導電,是因為雖然NaCl晶體中有Na+、Cl-,但不能自由移動,將它溶于水或熔融時則可導電,所以NaCl是電解質(zhì);B項銅是單質(zhì)不是化合物;D項SO3溶于水導電,是生成的H2SO4溶液導電,H2SO4是電解質(zhì),而SO3不是電解質(zhì),只有C項正確。
7.下列說法正確的是( )
A.電解質(zhì)的電離是在通電的條件下進行的
B.在水溶液中和熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锸请娊赓|(zhì)
C.電解質(zhì)電離的條件是溶于水或受熱熔化
D.強電解質(zhì)能夠電離,弱電解質(zhì)不能電離
答案 C
解析 電解質(zhì)是在溶于水或熔融狀態(tài)下發(fā)生電離的,電離并不需要通電,所以A錯,C項對;在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锞褪请娊赓|(zhì),兩個條件滿足一個即可,并不需要兩個條件同時滿足,所以B項錯誤;強、弱電解質(zhì)在溶于水或熔融狀態(tài)下均可以電離,所以D項敘述錯誤。
8.把0.05 mol NaOH固體,分別加入下列100 mL溶液中,溶液的導電能力變化不大的是( )
、僮詠硭、0.5 mol?L-1鹽酸、0.5 mol?L-1醋酸、0.5 mol?L-1NH4Cl溶液
A.①② B.②④ C.③④ D.②③
答案 B
解析 離子濃度變化不大,導電能力變化就不大。在H2O中、CH3COOH中加入NaOH固體,離子濃度都增大,向HCl中加入NaOH固體,自由移動離子數(shù)基本不變,則離子濃度變化不大,向NH4Cl中加入NaOH固體,離子濃度基本不變。
練綜合拓展
9.下列物質(zhì)中,屬于強電解質(zhì)的是________(均填序號);屬于弱電解質(zhì)的是________。
、偎、诎彼、埯}酸、艽姿帷、萘蛩徜^、蘼然y ⑦氯化鈉、鄽錃狻、岽姿徜@
答案 ⑤⑥⑦⑨、佗
解析 強、弱電解質(zhì)都是指的化合物,它們的區(qū)別在于其在水溶液中能否完全電離,F(xiàn)針對有關物質(zhì)分析如下:氫氣為單質(zhì),不是化合物,既不是電解質(zhì)又不是非電解質(zhì);氨水(NH3的水溶液)、鹽酸(HCl的水溶液)為混合物,是電解質(zhì)溶液,其中NH3?H2O和氯化氫是電解質(zhì);硫酸鋇(BaSO4)、氯化銀(AgCl)由于溶解度小,離子濃度小,所以導電性弱,但溶解的部分完全電離,所以不僅是電解質(zhì),而且是強電解質(zhì);CH3COOH、NH3?H2O雖都是弱電解質(zhì),但兩者反應的產(chǎn)物醋酸銨(CH3COONH4)由于在水溶液中完全電離,卻是強電解質(zhì)。CH3COOH+NH3?H2O===CH3COONH4+H2O(中和反應);CH3COONH4===CH3COO-+NH+4。
10.雙氧水(H2O2)和水都是極弱電解質(zhì),但H2O2比H2O更顯酸性。
(1)若把H2O2看成是二元弱酸,請寫出在水中的電離方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)鑒于H2O2顯弱酸性,它能同強堿作用形成正鹽,在一定條件下也可形成酸式鹽。請寫出H2O2與Ba(OH)2作用形成鹽的化學方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)水電離生成H3O+和OH-叫作水的自偶電離。同水一樣,H2O2也有極微弱的自偶電離,其自偶電離的方程式為
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)H2O2 H++HO-2、HO-2 H++O2-2
(2)H2O2+Ba(OH)2===BaO2+2H2O或2H2O2+Ba(OH)2===Ba(HO2)2+2H2O
(3)H2O2+H2O2 H3O+2+HO-2
解析 H2O2看成是二元弱酸,電離方程式分步寫,即H2O2 H++HO-2,HO-2 H++O2-2。H2O2+Ba(OH)2===BaO2+2H2O或2H2O2+Ba(OH)2===Ba(OH2)2+2H2O。根據(jù)H2O+H2O H3O++OH-的自偶電離知H2O2自偶電離的方程式為H2O2+H2O2 H3O+2+HO-2。
11.現(xiàn)有濃度均為0.1 mol?L-1的鹽酸、硫酸、醋酸三種溶液,回答下列問題:
(1)若三種溶液中c(H+)分別為a1 mol?L-1、a2 mol?L-1、a3 mol?L-1,則它們的大小關系為________。
(2)等體積的以上三種酸分別與過量的NaOH溶液反應,若生成的鹽的物質(zhì)的量依次為b1 mol、b2 mol、b3 mol,則它們的大小關系為________。
(3)分別用以上三種酸中和一定量的NaOH溶液生成正鹽,若需要酸的體積分別為V1、V2、V3,其大小關系為________。
(4)分別與Zn反應,開始時生成H2的速率為v1、v2、v3,其大小關系為________。
答案 (1)12a2=a1>a3(答a2>a1>a3也可)
(2)b1=b2=b3
(3)V1=V3=2V2 (4)v2>v1>v3
解析 (1)鹽酸中
c(H+)=c(HCl)=0.1 mol?L-1
硫酸中c(H+)=2c(H2SO4)=2×0.1 mol?L-1=0.2 mol?L-1
醋酸中由于存在電離平衡 CH3COOH CH3COO-+H+,CH3COOH部分電離,所以c(H+)<0.1 mol?L-1
(2)由于三種酸中溶質(zhì)的物質(zhì)的量相同,所以與足量NaOH溶液反應生成鹽的物質(zhì)的量也相同。
(3)設所用NaOH溶液中n(NaOH)為1 mol。
HCl+NaOH===NaCl+H2O
所以消耗鹽酸的體積V1=1 mol0.1 mol?L-1=10 L
H2SO4+2NaOH===Na2SO4+2H2O
消耗硫酸的體積V2=12 mol0.1 mol?L-1=5 L
CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O
消耗醋酸的體積V3=1 mol0.1 mol?L-1=10 L
(4)由于開始時鹽酸、硫酸、醋酸中c(H+)為0.1 mol?L-1、0.2 mol?L-1、小于0.1 mol?L-1,所以有v2>v1>v3。
第2課時 弱電解質(zhì)的電離平衡
[目標要求] 1.理解弱電解質(zhì)的電離平衡。2.掌握電離常數(shù)及電離度的概念。
一、外界條件對電離平衡的影響
電離平衡是一個吸熱過程,其主要受溫度、濃度的影響。
1.濃度
增大弱電解質(zhì)的濃度,電離平衡正向移動,溶質(zhì)分子的電離程度減小。
2.溫度
升高溫度,電離平衡正向移動,電離程度增大;降低溫度,電離平衡逆向移動,電離程度減小。
二、電離常數(shù)
1.表示方法
對于AB A++B-,K=c?A+??c?B-?c?AB?。
2.K的意義
用于比較弱電解質(zhì)的相對強弱,K值越大,電解質(zhì)越強。多元弱酸只考慮第一步電離。
3.影響因素
電離常數(shù)只與溫度有關,升高溫度,K值增大。
4.電離度
(1)弱電解質(zhì)的電離度用α表示
則α=已電離的弱電解質(zhì)濃度弱電解質(zhì)的初始濃度×100%,
或α=已電離的弱電解質(zhì)的分子數(shù)弱電解質(zhì)的初始分子數(shù)×100%,
或α=已電離的弱電解質(zhì)的物質(zhì)的量弱電解質(zhì)的初始物質(zhì)的量×100%。
(2)影響電離度的因素
、贉囟
升高溫度,電離平衡向正反應方向移動,電離度增大。
、跐舛
加水稀釋,電離平衡向正反應方向移動,電離度增大。即濃度越大,電離度越小,濃度越小,電離度越大。
知識點一 弱電解質(zhì)的電離平衡
1.下列說法正確的是( )
A.根據(jù)溶液中有CH3COOH、CH3COO-和H+即可證明CH3COOH達到電離平衡狀態(tài)
B.根據(jù)溶液中CH3COO-和H+的物質(zhì)的量濃度相等可證明CH3COOH達到電離平衡狀態(tài)
C.當NH3?H2O達到電離平衡時,溶液中NH3?H2O、NH+4和OH-的濃度相等
D.H2CO3是分步電離的,電離程度依次減弱
答案 D
解析 該題考查了電離平衡的判斷及其特點。溶液中除電解質(zhì)電離出的離子外,還存在電解質(zhì)分子,能證明該電解質(zhì)是弱電解質(zhì),但不能說明達到平衡狀態(tài),A錯誤;根據(jù)CH3COOH CH3COO-+H+知即使CH3COOH電離未達到平衡狀態(tài),CH3COO-和H+的濃度也相等,B錯誤;NH3?H2O達到電離平衡時,溶液中各粒子的濃度不變,而不是相等,何況NH3?H2O電離程度是很小的,絕大多數(shù)以NH3?H2O的形式存在,C錯誤;H2CO3是二元弱酸,分步電離且電離程度依次減小,D正確。
2.下列對氨水溶液中存在的電離平衡NH3?H2O NH+4+OH-敘述正確的是( )
A.加水后,溶液中n(OH-)增大
B.加入少量濃鹽酸,溶液中c(OH-)增大
C.加入少量濃NaOH溶液,電離平衡正向移動
D.加入少量NH4Cl固體,溶液中c(NH+4)減少
答案 A
解析 A項,加水使NH3?H2O電離平衡右移,n(OH-)增大;B項,加入少量濃鹽酸使c(OH-)減小;C項,加入濃NaOH溶液,電離平衡向左移動;D項,加NH4Cl固體,c(NH+4)增大。
知識點二 電離度
3.在100 mL 0.1 mol?L-1的醋酸溶液中,欲使醋酸的電離程度增大,H+濃度減小,可采用的方法是( )
A.加熱
B.加入100 mL 0.1 mol?L-1的醋酸溶液
C.加入少量的0.5 mol?L-1的硫酸
D.加入少量的1 mol?L-1的NaOH溶液
答案 D
解析 A項,加熱促進電離,H+濃度增大;B項,H+濃度不變;C項,加H2SO4抑制電離,但H+濃度增大;D項,加入NaOH,OH-與H+反應,平衡向右移動,H+濃度減小。
4.20 ℃時在0.5 L、0.2 mol?L-1的HA溶液中,有0.01 mol?L-1的HA電離成離子,求該溫度下的電離度。
答案 α=0.01 mol?L-10.2 mol?L-1×100%=5%
解析 根據(jù)α=已電離的弱電解質(zhì)濃度弱電解質(zhì)的初始濃度×100%進行計算。
知識點三 電離常數(shù)
5.在25 ℃時,0.1 mol?L-1的HNO2、HCOOH、HCN、H2CO3的溶液中,它們的電離平衡常數(shù)分別為4.6×10-4mol?L-1、1.8×10-4mol?L-1、4.9×10-10mol?L-1、K1=4.3×10-7mol?L-1和K2=5.6×10-11mol?L-1,其中氫離子濃度最小的是( )
A.HNO2 B.HCOOH C.HCN D.H2CO3
答案 C
解析 相同溫度時,電離平衡常數(shù)越小,其電離程度越小,濃度相同時,電離產(chǎn)生的離子濃度越小。
6.已知下面三個數(shù)據(jù):7.2×10-4 mol?L-1、4.6×10-4 mol?L-1、4.9×10-10 mol?L-1分別是三種酸的電離平衡常數(shù),若已知這些酸可發(fā)生如下反應:
①NaCN+HNO2===HCN+NaNO2,
②NaCN+HF===HCN+NaF,
、跱aNO2+HF===HNO2+NaF。
由此可判斷下列敘述中,不正確的是( )
A.HF的電離平衡常數(shù)為7.2×10-4 mol?L-1
B.HNO2的電離平衡常數(shù)為4.9×10-10 mol?L-1
C.根據(jù)①③兩個反應即可知三種酸的相對強弱
D.HNO2的電離平衡常數(shù)比HCN大,比HF小
答案 B
解析 相同溫度下的弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)是比較弱電解質(zhì)相對強弱的依據(jù)之一。
該題中涉及三個反應。由這三個化學反應方程式可以得出:HF、HNO2、HCN的酸性依次減弱。酸性越強,電離常數(shù)越大,據(jù)此可以將三個K值與酸對應起來。以上三個反應中,第①個反應說明HNO2>HCN,第③個反應說明HF>HNO2,只根據(jù)這兩個反應即可作出比較。
練基礎落實
1.在相同溫度時,100 mL 0.01 mol?L-1的醋酸溶液與10 mL 0.1 mol?L-1的醋酸溶液相比較,下列數(shù)據(jù)中,前者大于后者的是( )
①H+的物質(zhì)的量、陔婋x程度、壑泻蜁r所需氫氧化鈉溶液的量、艽姿岬奈镔|(zhì)的量
A.①② B.②③ C.①④ D.②④
答案 A
解析 依題意,若醋酸沒有電離平衡,則二者的醋酸分子的物質(zhì)的量相等,同種電解質(zhì)的稀溶液相當于對濃溶液進行稀釋,CH3COOH CH3COO-+H+,稀釋后電離平衡向正向移動,即稀醋酸的電離度大些,所以前者溶液中H+和電離度大于后者;中和反應只與可電離的H+量有關,二者可電離的H+相等。
2.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)的相對強弱
C.電離常數(shù)大的酸溶液中c(H+)一定比電離常數(shù)小的酸溶液中大
D.H2CO3的電離常數(shù)表達式:K=c?H+??c?CO2-3?c?H2CO3?
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,所以A項錯誤;電離平衡常數(shù)可以表示弱電解質(zhì)的相對強弱,故B項正確;酸中c(H+)既跟酸的電離常數(shù)有關,還跟酸的濃度有關,所以C項敘述錯誤;D項中碳酸是分步電離的,第一步電離常數(shù)表達式為 K1=c?H+??c?HCO-3?c?H2CO3?,第二步電離常數(shù)為 K2=c?H+??c?CO2-3?c?HCO-3?,故D項錯誤。
3.25 ℃時,將一定量的冰醋酸(即無水乙酸)加水稀釋,稀釋過程中溶液的導電性變化如圖所示。則下列說法錯誤的是( )
A.醋酸的電離度:a
B.溶液中c(H+):b>a>c
C.a、b、c三點的溶液都有c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
D.從b點到c點,溶液中c?CH3COO-?c?CH3COOH?的比值減小
答案 D
4.一定量的鹽酸跟過量的鐵粉反應時,為了減緩反應速率,且不影響生成氫氣的總量,可向鹽酸中加入適量的( )
、貼aOH(固體)、贖2O、跦Cl、蹸H3COONa(固體)
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
答案 D
解析 由題意可知,要使反應速率減小,而不改變H2的量,則要求c(H+)減小,而n(H+)不變,可采取的措施是:加水或加CH3COONa固體。
5.從植物花中可提取一種簡寫為HIn的有機物,在水溶液中因存在以下電離平衡,故可用作酸堿指示劑。HIn(aq,紅色) H++In-(aq,黃色),在濃度為0.02 mol?L-1的下列各溶液(1)HCl、(2)Na2O2、(3)NaCl(aq)、(4)NaHSO4(aq)、(5)NaHCO3(aq)、(6)氨水中加入該指示劑,其中能使指示劑顯黃色的是( )
A.(1)(4)(5) B.(2)(6) C.(1)(4) D.(5)(6)
答案 D
解析 平衡右移,方能使指示劑顯黃色,即應加入堿性物質(zhì),但Na2O2有強氧化性,使有機色素褪色。
練方法技巧
6.已知0.1 mol?L-1的醋酸溶液中存在電離平衡:CH3COOH CH3COO-+H+,要使溶液中c(H+)/c(CH3COOH)值增大,可以采取的措施是( )
①加少量燒堿溶液、谏邷囟取、奂由倭勘姿帷、芗铀
A.①② B.②④ C.③④ D.①③
答案 B
思路點撥 解答本題需注意以下兩點:
(1)熟悉影響CH3COOH電離平衡移動的因素。
(2)利用c(H+)/c(CH3COOH)=n(H+)/n(CH3COOH)分析更易理解。
解析 加燒堿溶液消耗H+,平衡向右移動,n(H+)、n(CH3COOH)均減小,但n(H+)減小程度大,故c?H+?c?CH3COOH?=n?H+?n?CH3COOH?減小,①錯誤;升高溫度,平衡向右移動,n(H+)增大,n(CH3COOH)減小,比值增大,②正確;加少量冰醋酸,平衡向右移動,n(H+)增大,但n(H+)增大程度不如n(CH3COOH)增大的多,故比值減小,③錯誤;加水,平衡向右移動,c(H+)增大,c(CH3COOH)減小,比值增大,④正確。
7.25 ℃時,50 mL 0.10 mol?L-1醋酸中存在下述平衡:CH3COOH CH3COO-+H+,若分別作如下改變,對上述平衡有何影響?
(1)加入少量冰醋酸,平衡將________,溶液中c(H+)將________(填“增大”、“減小”或“不變”);
(2)加入一定量蒸餾水,平衡將__________,溶液中c(H+)將________(填“增大”、“減小”或“不變”);
(3)加入少量0.10 mol?L-1鹽酸,平衡將__________,溶液中c(H+)將________(填“增大”、“減小”或“不變”);
(4)加入20 mL 0.10 mol?L-1 NaCl溶液,平衡將________,溶液中c(H+)將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
答案 (1)向電離方向移動 增大
(2)向電離方向移動 減小
(3)向離子結合成分子的方向移動 增大
(4)向電離方向移動 減小
解析 對于弱電解質(zhì)的水溶液(以CH3COOH CH3COO-+H+為例),加水稀釋,溶液的體積增大,相當于化學平衡的減壓擴體,平衡向粒子數(shù)增大的一方(即向電離的方向)移動(化學平衡中氣體分子數(shù)增大的方向)。若加入冰醋酸,CH3COOH分子的濃度增大,平衡也向電離方向移動。
練綜合拓展
8.H2S溶于水的電離方程式為___________________________________________。
(1)向H2S溶液中加入CuSO4溶液時,電離平衡向______移動,c(H+)______,c(S2-)______;
(2)向H2S溶液中加入NaOH固體時,電離平衡向______移動,c(H+)______,c(S2-)______:
(3)若將H2S溶液加熱至沸騰,c(H2S)________;
(4)若要增大H2S溶液中c(S2-),最好加入____________________________________。
答案 H2S??H++HS-,HS-??H++S2-
(1)右 增大 減小
(2)右 減小 增大
(3)減小
(4)NaOH固體
解析 H2S是二元弱酸,在水溶液中是分兩步電離的,其電離方程式應為 H2S??H++HS-,HS- H++S2-。
對(1),當加入CuSO4時,因發(fā)生反應Cu2++S2-===CuS↓,使平衡右移,導致c(H+)增大,但c(S2-)減小;對(2),當加入NaOH時,因發(fā)生反應H++OH-===H2O,使平衡右移,導致c(H+)減小,但c(S2-)增大;對(3),當加熱H2S溶液至沸騰時,因H2S揮發(fā),使c(H2S)減小;對(4),增大c(S2-)最好是加入只與H+反應的物質(zhì),可見加入強堿如NaOH固體最適宜。
9.(1)體積相同,c(H+)相同的鹽酸和醋酸溶液分別與足量的顆粒大小相同的鋅粒反應,開始時產(chǎn)生氫氣的速率______________,充分反應后產(chǎn)生氫氣的量________(填“相同”、“醋酸的多”或“鹽酸的多”),原因是________________________________________。
(2)在一定量的鹽酸中加入足量的鋅粒,要使產(chǎn)生氫氣的量保持不變,但反應速率加快,可加入____________晶體,理由是________________;要使產(chǎn)生氫氣的量不變,但反應速率減慢,可加入________晶體,理由是____________。
可供選擇的晶體有:
A.純堿 B.燒堿 C.膽礬 D.醋酸鈉 E.KHSO4
答案 (1)相等 醋酸的多 c(H+)相同,反應開始時的速率相同,c(H+)相同時,醋酸物質(zhì)的量濃度大,含溶質(zhì)的物質(zhì)的量多,所以反應放出的氫氣多
(2)C Zn置換出Cu附在Zn表面構成原電池,使反應速率加快,但由于溶液中H+的量不變,因此產(chǎn)生氫氣的量不變 D CH3COO-與H+結合成弱電解質(zhì)CH3COOH,致使溶液中c(H+)降低,使反應速率變慢,而溶液中可提供的H+的數(shù)量不變,所以放出的氫氣的量不變
10.試用簡單的實驗證明在醋酸溶液中存在著CH3COOH CH3COO-+H+的電離平衡(要求寫出簡要操作、實驗現(xiàn)象及實驗能說明的問題)。
答案 方法一:在醋酸溶液中滴入紫色石蕊試液,溶液呈紅色,加入醋酸銨固體,振蕩溶液,溶液顏色明顯變淺。c(H+)變小,是由于加入的CH3COO-使平衡向左移動,由此說明醋酸溶液中存在著醋酸的電離平衡。
方法二:取一定體積的溶液,用pH試紙測其溶液的pH,然后再用蒸餾水將溶液稀釋100倍,再測定溶液的pH,若稀釋前后溶液的pH改變小于2,說明存在上述電離平衡。
解析 在弱電解質(zhì)的水溶液中存在著電離平衡,改變外界條件可使電離平衡發(fā)生移動,使溶液中各微粒的濃度發(fā)生改變,使溶液的酸堿性發(fā)生改變。因題目并未限定試劑和方法,故思考的空間比較大,可設計不同的實驗方法,如加水稀釋,使平衡移動,測pH分析判斷;又如加入中性CH3COONH4,看溶液中c(H+)變化對指示劑顏色的改變。
第3課時 常見的弱電解質(zhì)
[目標要求] 1.理解水的離子積常數(shù)!2.掌握酸堿對水的電離平衡的影響。
一、水的電離平衡
水是一種極弱的電解質(zhì),它能發(fā)生微弱的電離。
H2O+H2O H3O++OH- ΔH>0
或2H2O H3O++OH- ΔH>0,
通常簡寫為H2O H++OH- ΔH>0。
二、水的離子積
對于純水來說,在25℃時,1 L純水中只有1×10-7 mol H2O電離,根據(jù)水的電離方程式,我們可以知道,在純水中c(H+)=1×10-7 mol?L-1,c(OH-)=1×10-7 mol?L-1,所以,在25℃時,c(H+)?c(OH-)=1×10-14mol2?L-2,通常把c(H+)與c(OH-)的乘積用KW表示,叫做水的離子積常數(shù),簡稱水的離子積。根據(jù)實驗驗證,在溫度一定時,KW是一個常數(shù)。升溫,KW增大(填“增大”、“減小”或“不變”),如100℃:c(H+)=1×10-6 mol?L-1,KW=1×10-12mol2?L-2,pH=6,此時溶液呈中性(填“中性”、“酸性”或“堿性”)。降溫,KW將減小(填“增大”、“減小”或“不變”)。
三、影響水的電離平衡的因素
1.酸、堿
在純水中加入酸或堿,均使水的電離平衡左移,此時若溫度不變,KW不變,c(H+)發(fā)生改變,pH也隨之改變;若向水中加入酸,則c(H+)增大,c(OH-)變小,pH變小。
2.溫度
由于水電離過程吸熱,若升高溫度將促進水的電離,故平衡右移,c(H+)、c(OH-)同時增大,pH變小。但由于c(H+)與c(OH-)始終保持相等,故溶液仍顯中性。
3.易水解的鹽
在純水中加入能水解的鹽,不管水解后溶液顯什么性,均促進水的電離,但只要溫度不變,KW就不變。
4.其他因素
如向水中加入活潑金屬,由于與水電離出的H+直接作用,因而促進水的電離平衡向電離的方向移動。
知識點一 水的電離
1.在某溫度時,測得純水中的c(H+)=2.0×10-7 mol?L-1,則c(OH-)為( )
A.2.0×10-7 mol?L-1
B.0.1×10-7 mol?L-1
C.1.0×10-14/2.0×10-7 mol?L-1
D.無法確定
答案 A
解析 根據(jù)水的電離方程式H2O H++OH-可知,無論在何種條件下的純水中,水電離出的c(H+)=c(OH-)。而該溫度下的純水中c(H+)=2.0×10-7 mol?L-1>1.0×10-7 mol?L-1,則所處溫度高于25℃,但水電離的c(H+)=c(OH-)=2.0×10-7 mol?L-1,故答案為A。
2.能影響水的電離平衡,并使溶液中的c(H+)>c(OH-)的措施是( )
A.向純水中投入一小塊金屬鈉
B.將水加熱煮沸
C.向水中通入SO2
D.向水中加入NaCl
答案 C
解析 A項,水與Na反應,使溶液中的c(H+)c(OH-);D項對水的電離平衡沒影響。
3.下列粒子能影響水的電離平衡,且能使水的電離平衡向右移動的是( )
A.CH3COOH B.[??O??????H]-
C.NH+4 D.
答案 C
解析 A項,CH3COOH電離出H+,使水的電離平衡左移;B項,OH-能使水的電離平衡左移;C項,NH+4會水解,使水的電離平衡右移;D項,Cl-不影響水的電離平衡。
知識點二 水的離子積常數(shù)
4.將純水加熱至較高溫度,下列敘述正確的是( )
A.水的離子積變大,pH變小,呈酸性
B.水的離子積不變,pH不變,呈中性
C.水的離子積變小,pH變大,呈堿性
D.水的離子積變大,pH變小,呈中性
答案 D
解析 水的電離過程為吸熱過程,升高溫度使電離平衡向正反應方向移動,c(H+)和c(OH-)均增大,KW增大,pH減小,純水中c(H+)=c(OH-),呈中性。
5.下列關于水的離子積常數(shù)的敘述中,正確的是( )
A.因為水的離子積常數(shù)的表達式是KW=c(H+)c(OH-),所以KW隨溶液中c(H+)和c(OH-)的變化而變化
B.水的離子積常數(shù)KW與水的電離平衡常數(shù)K是同一物理量
C.水的離子積常數(shù)僅僅是溫度的函數(shù),隨溫度的變化而變化
D.水的離子積常數(shù)KW與水的電離平衡常數(shù)K是兩個沒有任何關系的物理量
答案 C
解析 水的離子積常數(shù)KW=K?c(H2O),一定溫度下K和c(H2O)都是不變的常數(shù),所以KW僅僅是溫度的函數(shù),水的離子積常數(shù)的表達式是KW=c(H+)?c(OH-),但是只要溫度一定,KW就是不變的常數(shù),溶液中c(H+)變大,c(OH-)則變小,反之亦然。
6.某溫度下,純水的c(H+)=2.0×10-7 mol?L-1,則此時c(OH-)為____________,KW=________,溫度不變,向水中滴入稀鹽酸,使c(H+)=5.0×10-5 mol?L-1,則c(OH-)為__________。
答案 2.0×10-7 mol?L-1 4.0×10-14mol2?L-2
8.0×10-10 mol?L-1
解析 純水中水電離的c(H+)=c(OH-),所以c(OH-)=2.0×10-7 mol?L-1,KW=c(H+)?c(OH-)=(2.0×10-7)2 mol2?L-2=4.0×10-14mol2?L-2; 若向水中加入鹽酸,則c(OH-)=KW5.0×10-5mol?L-1=4×10-145.0×10-5mol?L-1=8.0×10-10 mol?L-1。
練基礎落實
1.關于水的離子積常數(shù),下列說法不正確的是( )
A.100℃水中,c(H+)?c(OH-)=1×10-14 mol2?L-2
B.純水中,25℃時,c(H+)?c(OH-)=1×10-14 mol2?L-2
C.25℃時,任何以水為溶劑的稀溶液中c(H+)?c(OH-)=1×10-14 mol2?L-2
D.KW值隨溫度升高而增大
答案 A
解析 KW只與溫度有關,升高溫度,KW增大,25℃時,純水和任何物質(zhì)的水溶液中KW=c(H+)?c(OH-)=1×10-14 mol2?L-2。
2.在氫硫酸中,c(H+)和c(S2-)的比值是( )
A.4 B.2
C.大于2 D.在1~2之間
答案 C
解析 弱電解質(zhì)的電離為部分電離,電離程度一般很小,氫硫酸是二元弱酸;分兩步電離:H2S H++HS-,HS- H++S2-;二級電離更弱,以第一級電離為主。雖然由HS-電離產(chǎn)生的H+與S2-濃度相同,但一級電離產(chǎn)生H+卻沒有產(chǎn)生S2-,故c(H+)/c(S2-)>2。
3.常溫下,某溶液中由水電離的c(H+)=1×10-13 mol?L-1,該溶液可能是( )
、俣趸蛩芤骸、诼然@水溶液、巯跛徕c水溶液 ④氫氧化鈉水溶液
A.①④ B.①② C.②③ D.③④
答案 A
解析 由水電離的c(H+)=1×10-13 mol?L-1<1×10-7 mol?L-1,即該溶液中的溶質(zhì)抑制了水的電離,因此要么加堿抑制,要么加酸抑制,故①④正確。
4.在相同溫度下,0.01 mol?L-1 NaOH溶液和0.01 mol?L-1的鹽酸相比,下列說法正確的是( )
A.由水電離出的c(H+)相等
B.由水電離出的c(H+)都是1.0×10-12 mol?L-1
C.由水電離出的c(OH-)都是0.01 mol?L-1
D.兩者都促進了水的電離
答案 A
解析 若該溫度下水的離子積常數(shù)為KW(這里沒有說是25℃),則在0.01 mol?L-1的NaOH溶液中,由水電離的c(H+)=KWc?OH-?=KW0.01 mol?L-1。
在0.01 mol?L-1的HCl溶液中,由水電離出的c(H+)=c(OH-)水電離=KW0.01 mol?L-1。
5.關于水的離子積常數(shù)KW與水的電離平衡常數(shù)Kc的敘述中,正確的是( )
A.KW和Kc都隨溫度的升高而減小
B.KW和Kc數(shù)值不同,但單位相同
C.KW和Kc數(shù)值相同,但單位不同
D.KW和Kc數(shù)值和單位都不同
答案 D
解析 由于水的電離是吸熱的,所以升高溫度,向電離程度增大的方向移動,H+和OH-濃度增大,故電離平衡常數(shù)Kc=c?H+??c?OH-?c?H2O?增大。而KW=c(H+)?c(OH-)也增大;KW的單位為mol2?L-2,Kc的單位為mol?L-1,所以二者的單位不同;而KW=Kc?c(H2O),所以二者的數(shù)值也不同。
6.室溫時,某溶液中由水電離生成的H+和OH-物質(zhì)的量濃度的乘積為1×10-24,則在該溶液中一定不能大量共存的離子組是( )
A.Al3+、Na+、NO-3、Cl-
B.K+、Na+、Cl-、CO2-3
C.NH+4、Na+、Cl-、SO2-4
D.NH+4、K+、SiO2-3、NO-2
答案 D
練方法技巧
7.25 ℃時,水的電離達到平衡:H2O H++OH- ΔH>0,下列敘述正確的是( )
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移動,c(OH-)降低
B.向水中加入少量固體硫酸氫鈉,c(H+)增大,KW不變
C.向水中加入少量CH3COOH,平衡逆向移動,c(H+)降低
D.將水加熱,KW增大,pH不變
答案 B
解析 本題考查外界條件對水的電離平衡的影響。解答時要先分析清楚水的電離平衡的移動方向,然后再討論c(H+)、c(OH-)或KW的變化。向水中加入稀氨水,c(OH-)增大,平衡逆向移動,c(H+)減小,A項不正確;向水中加入少量固體NaHSO4:NaHSO4===Na++H++SO2-4,c(H+)增大,但KW不變,B項正確;向水中加入少量CH3COOH后,使水的電離平衡逆向移動,c(OH-)減小,c(H+)增大,C項不正確;將水加熱,水的電離平衡正向移動,c(H+)、c(OH-)均增大,KW增大,pH減小,但仍呈中性,D項不正確。
8.常溫下,下列四種溶液:①pH=0的鹽酸,②0.1 mol?L-1的鹽酸,③0.01 mol?L-1的NaOH溶液,④pH=11的NaOH溶液中,由水電離生成的H+的物質(zhì)的量濃度之比為( )
A.1∶10∶100∶1 000 B.0∶1∶12∶11
C.14∶13∶12∶11 D.14∶13∶2∶1
答案 A
解析 在鹽酸中,由水電離產(chǎn)生的c(H+)等于溶液中的c(OH-):①c(H+)水=c(OH-)=1×10-14 mol?L-1 ②c(H+)水=c(OH-)=1×10-13 mol?L-1;在NaOH溶液中,由水電離產(chǎn)生的c(H+)等于溶液中的c(H+):③c(H+)=1×10-12 mol?L-1、躢(H+)=1×10-11 mol?L-1。因此,四種溶液中由水電離出的H+的濃度的比為
10-14∶10-13∶10-12 ∶10-11 =1∶10∶100∶1 000。
練綜合拓展
9.已知室溫時,0.1 mol?L-1某一元酸HA在水中有0.1%發(fā)生電離,回答下列各問題:
(1)該溶液的pH=________;
(2)HA的電離平衡常數(shù)K=________;
(3)升高溫度時,K________(填“增大”,“減小”或“不變”),pH________(填“增大”,“減小”或“不變”);
(4)由HA電離出的c(H+)約為水電離出的c(H+)的________倍。
答案 (1)4 (2)1×10-7 (3)增大 減小 (4)106
解析 (1)HA電離出的c(H+)=0.1×0.1% mol?L-1=1×10-4 mol?L-1,pH=-lg1×10-4=4;(2)電離平衡常數(shù)K=c?H+??c?A-?c?HA?=1×10-4×1×10-40.1mol?L-1=1×10-7mol?L-1;(3)因HA H++A-,電離過程是吸熱的,所以升高溫度c(H+)、c(A-)均增大,則K增大,而pH減小;(4)c(H+)HA=1×10-4 mol?L-1。c(H+)水=c(OH-)=1×10-141×10-4mol?L-1=1×10-10 mol?L-1,所以c(H+)HA∶c(H+)水=(1×10-4)∶(1×10-10)=106。
10.某二元弱酸(簡寫為H2A)溶液,按下式發(fā)生一級和二級電離:
H2A H++HA-,HA- H++A2-。
已知相同濃度時的電離程度a(H2A)>a(HA-),設有下列四種溶液:
A.0.01 mol?L-1的H2A溶液
B.0.01 mol?L-1的NaHA溶液
C.將0.02 mol?L-1的HCl與0.04 mol?L-1的NaHA溶液等體積混合所得的混合溶液
D.將0.02 mol?L-1的NaOH與0.02 mol?L-1的NaHA溶液等體積混合所得的混合溶液
據(jù)此,填寫下列空白(填代號):
(1)c(H+)最大的是________,最小的是________。
(2)c(H2A)最大的是________,最小的是________。
(3)c(A2-)最大的是________,最小的是________。
答案 (1)A D (2)C D (3)D A
解析 反應后的C溶液為0.01 mol?L-1 H2A、0.01 mol?L-1 NaHA和0.01 mol?L-1 NaCl的混合溶液。因有HA-的存在抑制了H2A的第一步電離,所以其c(H+)小于A溶液中的c(H+),c(H2A)大于A溶液中的c(H2A)。反應后的D溶液為0.01 mol?L-1的Na2A溶液,所以其c(A2-)最大,但因其水解呈堿性,且A2-的水解程度大于HA-的,所以其c(H+)最小。
11.實驗表明,液態(tài)時,純硫酸的電離能力強于純硝酸,純硫酸的導電性也顯著強于純水。又知液態(tài)純酸都像水那樣進行自身電離(H2O+H2O??H3O++OH-)而建立平衡,且在一定溫度下都有各自的離子積常數(shù)。據(jù)此回答:
(1)純硫酸在液態(tài)時自身電離的方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)25 ℃時,液態(tài)純硫酸的離子積常數(shù)K(H2SO4)_______1×10-14mol2?L-2(填“>”、“<”或“=”)。
(3)在純硫酸與純硝酸的液態(tài)混合酸中,存在的陰離子主要是____________,這是因為混合酸中不僅存在硫酸和硝酸各自電離的兩個電離平衡,而且還因硫酸的酸度大于硝酸,又在無水條件下,混合酸中必然發(fā)生________________________________________________
______________________________(寫離子方程式)反應。
答案 (1)2H2SO4 H3SO+4+HSO-4
(2)> (3)HSO-4 H++NO-3===HNO3
解析 根據(jù)實驗表明,液態(tài)時,純硫酸的電離能力強于純硝酸,純硫酸的導電性也顯著強于純水。已知液態(tài)純酸都能像水那樣進行自身電離(H2O+H2O H3O++OH-)而建立平衡,且在一定溫度下都有各自的離子積常數(shù),這些信息告訴我們純硫酸存在著電離平衡,且電離程度強于純硝酸和純水,仿照純水的電離方式,可以推知純硫酸的電離方程式為 2H2SO4??H3SO+4+HSO-4。在25℃時,液態(tài)純H2SO4的離子積常數(shù)K(H2SO4)比1×10-14mol2?L-2大。由于在純硫酸和純硝酸的液態(tài)混合酸中2H2SO4 H3SO+4+HSO-4為主要的電離方式,而純硝酸電離受到純硫酸電離出的H+的抑制,因此,在純硫酸和純硝酸的液態(tài)混合酸中,存在的陰離子主要是HSO-4。同時,無水條件下,混合酸中必然發(fā)生H++NO-3===HNO3的反應。
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