第1讲 弱电解质的电离平衡
[考纲要求] 1.理解并能表示弱电解质在水溶液中的电离平衡。2.了解电离平衡常数。
考点一 弱电解质的电离平衡
1.弱电解质 (1)概念
全部电离―→(强电解质,包括强酸、,强碱、大多数盐等)在水溶液里―
电解质
部分电离
―→(弱电解质,包括弱酸、,弱碱、水等)―
(2)与化合物类型的关系
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。 2.弱电解质的电离平衡 (1)电离平衡的建立
在一定条件下(如温度、压强等),当弱电解质电离产生离子的速率和离子结合成分子的速率相等时,电离过程达到了平衡。 (2)电离平衡的特征
(3)外界条件对电离平衡的影响 ①内因:弱电解质本身的性质。 ②外因:浓度、温度、加入试剂等。
(4)电离过程是可逆过程,可直接用化学平衡移动原理分析电离平衡。以0.1mol·LCH3COOH溶液为例:CH3
实例 (稀溶液)改变条件 加水稀释 平衡移动方向 → 3
-1
COO+H(正向吸热)。
CH3n(H) 增大 ++-+
+CH3COOΔH>0 c(H) 减小 +-导电能力 减弱 Ka 不变 加入少量冰醋酸 通入HCl(g) 加NaOH(s) 加入镁粉 升高温度 加CH3COONa(s) 深度思考 → ← → → → ← 增大 增大 减小 减小 增大 减小 增大 增大 减小 减小 增大 减小 增强 增强 增强 增强 增强 增强 不变 不变 不变 不变 增大 不变 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CH3
3
COO+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 不是所有粒子浓度都会减小。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.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)强电解质溶液中不存在溶质分子,弱电解质溶液中存在溶质分子( ) (2)氨气溶于水,当c(OH)=c(NH4)时,表明NH3·H2O电离处于平衡状态( ) (3)弱电解质一定是共价化合物( )
(4)由0.1mol·L一元碱BOH的pH=10,可知溶液中存在BOH===B+OH( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× 解析 (2)NH3+H2O
NH3·H2O
NH4+OH,NH3·H2O电离出的c(OH)与c(NH4)永远相等,
+
-
-
+
-1
+
-
-
+
+
-
-
+
-
+
不能表明NH3·H2O电离处于平衡状态;(3)某些离子化合物是弱电解质,如(CH3COO)2Pb等;(4)由于OH的浓度小于0.1mol·L,所以BOH应属于弱碱,其电离应为BOH4.分别画出冰醋酸和0.1mol·L的醋酸加水稀释时导电能力的变化图。 答案
-1
-
-1
B+OH。
+-
.
题组一 改变条件,平衡移动,判结果变化
1.将浓度为0.1mol·LHF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(F)C.+ c(H)答案 D
解析 HF为弱酸,存在电离平衡:HF
H+F。根据勒夏特列原理:当改变影响平衡的一
+
-
-+
-1
c(H)D. c(HF)
+
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10mol·L
-1
-
+
-7
+
c(F)c(H)n(H),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
c(H)c(HF)n(HF)
+
-++
+
c(H)
)增大,n(HF)减小,所以增大,D正确。
c(HF)
-1
2.25℃时,把0.2mol·L的醋酸加水稀释,则图中的纵轴y表示的是( )
A.溶液中OH的物质的量浓度 B.溶液的导电能力 c(CH3COO)
C.溶液中的 c(CH3COOH)D.CH3COOH的电离程度 答案 B
解析 25℃时,0.2mol·L的醋酸稀释过程中,随着水的加入溶液中OH的浓度增大(但不会超过10mol·L),CH3COOH的电离程度增大,CH3COO数目增多,CH3COOH数目减少,但溶液中CH3COO的浓度减小,溶液的导电能力减弱。 题组二 平衡移动,结果变化,判采取措施
--7
-1
-
-1
-
-
-
3.稀氨水中存在着下列平衡:NH3·H2
-
+4
+OH,若要使平衡向逆反应方向移动,同时
-
使c(OH)增大,应加入的物质或采取的措施是( )
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
解析 若在氨水中加入NH4Cl固体,c(NH4)增大,平衡向逆反应方向移动,c(OH)减小,①不合题意;硫酸中的H与OH反应,使c(OH)减小,平衡向正反应方向移动,②不合题意;当在氨水中加入NaOH固体后,c(OH)增大,平衡向逆反应方向移动,③符合题意;若在氨水中加入水,稀释溶液,平衡向正反应方向移动,但c(OH)减小,④不合题意;电离属吸热过程,加热平衡向正反应方向移动,c(OH)增大,⑤不合题意;加入MgSO4固体发生反应Mg+2OH===Mg(OH)2↓,溶液中c(OH)减小,⑥不合题意。 4.已知0.1mol·L的醋酸溶液中存在电离平衡:CH3
+
-1
3
-
-
2+
-
-
-
+
-
-+
-
COO+H,要使溶液中c(H
-+
)/c(CH3COOH)的值增大,可以采取的措施是( )
A.加少量烧碱溶液B.升高温度 C.加少量冰醋酸D.加水 答案 BD
解析 本题中提供的四种措施都会使醋酸的电离平衡正向移动,但A、C两项措施会使c(H
+
)/c(CH3COOH)的值减小。
考点二 电离平衡常数
1.(1)填写下表
弱电解质 NH3·H2O CH3COOH HClO 电离方程式 NH3·H2OCH3NH4+OH CH3COO+H +-++-电离常数 Kb=1.7×10 Ka=1.7×10 Ka=4.7×10 -8-5-5+ClO -(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。
(3)电离平衡常数的意义:弱酸、弱碱的电离平衡常数能够反映酸碱性的相对强弱。电离平衡常数越大,电离程度越大。多元弱酸的电离以第一步电离为主,各级电离平衡常数的大小差距较大。
(4)外因对电离平衡常数的影响:电离平衡常数与其他化学平衡常数一样只与温度有关,与电解质的浓度无关,升高温度,K值增大,原因是电离是吸热过程。
+
2.碳酸是二元弱酸 (1)电离方程式是H2CO3HCO3
-
+
+
+HCO3,
-
+CO3。
+
-
2-
c(H)·c(HCO3)
(2)电离平衡常数表达式:Ka1=,
c(H2CO3)c(H)·c(CO3)Ka2=。 -
c(HCO3)(3)比较大小:Ka1>Ka2。 深度思考
1.H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.3×10,Ka2=5.6×10
-7
-11
+
2-
,它的Ka1、Ka2差别很大的原因(从电
离平衡的角度解释):_________________________________________________。 答案 第一步电离产生的H对第二步的电离起抑制作用
2.在Na2CO3中加醋酸产生CO2气体,试从电离平衡常数的角度解释原因[已知:K(CH3COOH)=1.7×10;K(H2CO3)=4.3×10。]:__________________________________。 答案 醋酸的电离平衡常数大,酸性强,较强的酸可制备较弱的酸
-5
-7
+
题组一 影响电离平衡常数的因素及其应用 1.25℃时,部分物质的电离平衡常数如表所示:
化学式 电离平衡常数 请回答下列问题: (1)CH3COOH、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序为
________________________________________________________________________。 (2)同浓度的CH3COO
-
CH3COOH 1.7×10 -5H2CO3 K1=4.3×10 K2=5.6×10-11-7HClO 3.0×10 -8 、HCO3、CO3、ClO
-2--
结合H
+
的能力由强到弱的顺序为
________________________________________________________________________。
(3)体积为10mLpH=2的醋酸溶液与一元酸HX分别加水稀释至1000mL,稀释过程中pH变化如图所示,则HX的电离平衡常数______(填“大于”、“等于”或“小于”)醋酸的电离平衡常数;理由是__________________________________________________。
答案 (1)CH3COOH>H2CO3>HClO (2)CO3>ClO>HCO3>CH3COO
(3)大于 稀释相同倍数,HX的pH变化比CH3COOH的大,酸性强,电离平衡常数大
解析 电离平衡常数越大,酸性越强,电离平衡常数越小,其对应酸根离子结合H能力越强。 (3)根据图像分析知道,起始时两种溶液中c(H)相同,故c(较弱酸)>c(较强酸),稀释过程中较弱酸的电离程度增大的多,故在整个稀释过程中较弱酸的c(H)一直大于较强酸的c(H),稀释相同倍数,HX的pH变化比CH3COOH的大,故HX酸性强,电离平衡常数大。
+
+
+
+
2-
-
-
-
题组二 有关电离平衡常数的定量计算
2.碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下,空气中的CO2溶于水,达到平衡时,溶液的pH=5.60,c(H2CO3)=1.5×10。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则H2CO3+H的平衡常数K1=________。(已知:10答案 4.2×10 解析 H2CO3
+
-7
+
-5.60
-5
-
3
=2.5×10)
-6
H+HCO3
-
-5.60
-5.60
+-
c(H)·c(HCO3)10×10-7
K1==≈4.2×10。 -5c(H2CO3)1.5×10
3.在25℃下,将amol·L的氨水与0.01mol·L的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4)=c(Cl),则溶液显__________性(填“酸”、“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=_______________________________________。 10
答案 中 a-0.01
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(NH4)+c(H)=c(Cl)+c(OH
-
+
+
-
-9
-
-1
-1
+
),因c(NH4)=c(Cl),故有c(H)=c(OH),溶液显中性。
+4
+-+-
NH3·H2O + OH
-
a0.01-10.01-1-7-1(-) mol·Lmol·L10mol·L 2220.01-7
×10-9210Kb==。
a0.01a-0.01-22
4.常温下,将amol·LCH3COONa溶于水配成溶液,向其中滴加等体积的bmol·L的盐酸使溶液呈中性(不考虑盐酸和醋酸的挥发),用含a和b的代数式表示醋酸的电离常数Ka=
-1
-1
________。 10(a-b)答案
b
解析 由电荷守恒和物料守恒可得
c(Na)+c(H)=c(Cl)+c(OH)+c(CH3COO)+-c(Na)=c(CH3COOH)+c(CH3COO)
+
+
-
-
-
-7
所以c(CH3COOH)=c(Cl) CH3COOH
CH3COO + H
-
+
-
bab-1-1-7-1mol·L (-) mol·L10mol·L 222b-7a
10(-)-7
2210(a-b)
Ka==。
bb2
考点三 强酸与弱酸的比较
pH或物质的量浓度 开始与金属反应的速率 体积相同时与过量的碱反应时消耗碱的量 体积相同时与过量活泼金属反应产生H2的量 c(A)与c(B)大小 分别加入固体NaA、NaB后pH的变化 加水稀释10倍后 溶液的导电性 水的电离程度 深度思考 按要求画出图像,并回答下列问题。 (1)相同体积、相同浓度的盐酸和醋酸
①加入足量的Zn,在甲图中画出H2体积的变化图像
--浓度均为0.01mol·L的强酸HA与弱酸HB 2=pHHA 单位时间内,________产生的H2多,反应停止时,产生的H2________。 答案 盐酸 一样多 ②加水稀释,在乙图中画出pH值的变化图像 加水稀释相同的倍数,________的pH大; 加水稀释到相同的pH值,________加入的水多。 答案 醋酸 盐酸 (2)相同体积、相同pH值的盐酸和醋酸 ①加入足量的Zn,在丙图中画出H2体积的变化图像 单位时间内,________产生的H2多,反应停止时,______产生的H2多。 答案 醋酸 醋酸 ②加水稀释,在丁图中画出pH值的变化图像 加水稀释相同的倍数,________的pH大; 加水稀释到相同的pH,________加入的水多。 答案 盐酸 醋酸 题组一 强酸、弱酸的比较 1.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________________(用字母表示,下同)。 (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________________________________________________________________________。 (7)将c(H)相同的三种酸,分别与等浓度的NaOH稀溶液反应至pH=7,则消耗NaOH溶液的体积大小关系为__________。 答案 (1)b>a>c (2)b>a=c (3)c>a>b (4)c>a=b (5)a=b=c a=b>c (6)c>a=b (7)c>a=b 解析 解答本题要注意以下三点:①HCl、H2SO4都是强酸,但H2SO4是二元酸;②CH3COOH是弱酸,在水溶液中不能完全电离;③醋酸溶液中存在CH3COOH CH3COO+H的电离平衡。 - + ++ + +++ + 2.现有室温下四种溶液,有关叙述不正确的是( ) 序号 pH 溶液 ① 11 氨水 ② 11 氢氧化钠溶液 ③ 3 醋酸 ④ 3 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混合,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CH3COOH + + CH3COO+H左移,两溶 -+ 液中H浓度均减小,所以pH均增大;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 NH4+OH右移,使①pH>10,同理醋酸稀释后pH<4,所以C正确; + - - 稀释氨水使平衡NH3·H2O 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。 假设法进行有关量的大小比较 在做有关强酸、弱酸、强碱、弱碱的题目时,可以先假设所给物质全部是强电解质,再在此基础上结合电离平衡移动原理进行分析。如题2中的C选项,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,然后再根据平衡移动进行分析;再如D选项,假设均是强酸强碱,则V1=V2,然后再根据弱碱的电离平衡及浓度进行分析。 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:0.1mol·L 1 -1 - 醋酸溶液、0.1mol·L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10mL0.1mol·L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)乙分别取pH=3的醋酸和盐酸各1mL,分别用蒸馏水稀释到100mL,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 -1 ________________________________________________________________________。 (3)丙分别取pH=3的盐酸和醋酸各10mL,然后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?________,请说明理由:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞做实验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的实验操作和现象是____________________________________________。 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)将CH3COONa晶体、NaCl晶体分别溶于适量水配成溶液,再分别滴入酚酞溶液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色 判断弱电解质的三个思维角度 角度一:弱电解质的定义,即弱电解质不能完全电离,如测0.1mol·L的CH3COOH溶液的pH>1。 角度二:弱电解质溶液中存在电离平衡,条件改变,平衡移动,如pH=1的CH3COOH加水稀释10倍后,1 探究高考 明确方向 1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×” c(CH3COOH)(1)CH3COOH溶液加水稀释后,溶液中-的值减小( ) c(CH3COO)(2013·江苏,11C) (2)室温下,对于0.10mol·L的氨水,加水稀释后,溶液中c(NH4)·c(OH)变大( ) (2013·福建理综,8B) (3)25℃时,用醋酸溶液滴定等浓度NaOH溶液至pH=7,V醋酸<VNaOH( ) (2013·重庆理综,2B) (4)稀醋酸加水稀释,醋酸的电离程度增大,溶液的pH减小( ) (2012·重庆理综,10B) (5)中和等体积、等物质的量浓度的盐酸和醋酸所消耗的n(NaOH)相等( ) (2012·福建理综,10C) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ 2.(2014·山东理综,13)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10mL浓度为0.1mol·L的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中( ) -1 -1 + - -1 + A.水的电离程度始终增大 c(NH4)B.先增大再减小 c(NH3·H2O) C.c(CH3COOH)与c(CH3COO)之和始终保持不变 D.当加入氨水的体积为10mL时,c(NH4)=c(CH3COO) 答案 D 解析 A项,醋酸显酸性,水的电离平衡受到抑制,在滴加NH3·H2O的过程中,酸性减弱,水的电离程度受到抑制的程度减小,电离程度增大,当CH3COOH反应完后,加入的NH3·H2O会抑制水的电离,电离程度减小,故该选项错误;B项,在向醋酸中滴加氨水的过程中,碱性增强酸性减弱,c(OH)一直增大。由NH3·H2O= - + - - + c(NH4)·c(OH)c(NH4) NH+OH可知,K=,则 c(NH3·H2O)c(NH3·H2O) + 4 - +-+ KK- ,而K是常数,故--一直减小,该选项错误;C项,n(CH3COOH)与n(CH3COO)之c(OH)c(OH) - 和保持不变,但溶液的体积是增大的,故c(CH3COOH)与c(CH3COO)之和逐渐减小,该选项错误;D项,当加入氨水10mL时,两者恰好完全反应生成CH3COONH4,由CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等可知,CH3COO和NH4的水解程度也相等,故c(NH4)=c(CH3COO),该选项正确。 3.(2014·上海,21)室温下,甲、乙两烧杯均盛有5mLpH=3的某一元酸溶液,向乙烧杯中加水稀释至pH=4。关于甲、乙两烧杯中溶液的描述正确的是( ) A.溶液的体积10V甲≤V乙 B.水电离出的OH浓度:10c(OH)甲≤c(OH)乙 C.若分别用等浓度的NaOH溶液完全中和,所得溶液的pH:甲≤乙 D.若分别与5mLpH=11的NaOH溶液反应,所得溶液的pH:甲≤乙 答案 AD 解析 本题考查弱电解质的电离和盐类水解。由题意原甲、乙两烧杯均盛有5mL的溶液,向乙烧杯中加水稀释至pH=4,若该酸为强酸则10V甲=V乙,若为弱酸则10V甲 4.(2011·山东理综,14)室温下向10mLpH=3的醋酸溶液中加水稀释后,下列说法正确的是( ) A.溶液中导电粒子的数目减少 c(CH3COO)B.溶液中-不变 c(CH3COOH)·c(OH) - - - - - - - - + + - C.醋酸的电离程度增大,c(H)亦增大 D.再加入10mLpH=11的NaOH溶液,混合液pH=7 答案 B 解析 醋酸加水稀释,促进电离,导电粒子的数目增加,故A错误;由于温度不变,电离平c(CH3COO)·c(H)c(CH3COO)Kw 衡常数K==·-不变,由于Kw不变,则题给比值不变, c(CH3COOH)c(CH3COOH)c(OH)故B正确;醋酸加水稀释,电离程度增大,但c(H)变小,故C错误;加入10mLpH=11的NaOH溶液,醋酸过量,混合后溶液显酸性,故D错误。 5.(2011·福建理综,10)常温下0.1mol·L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0.2mol·L盐酸 D.提高溶液的温度 答案 B