高中化学考点13 弱电解质的电离平衡
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1、高中化学考点13 弱电解质的电离平衡 一、强、弱电解质的相关判断1概念和种类2电离、电解质、非电解质、强电解质和弱电解质的相互关系3强、弱电解质与化合物类型的关系强电解质主要是大部分的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。分类举例强电解质强酸:HCl、H2SO4、HNO3、HClO4、HBr、HI等强碱:NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等大多数盐:钠盐、钾盐、硝酸盐等弱电解质弱酸:CH3COOH、H2CO3、HF、HCN、HClO、H2S等;H3PO4、H2SO3是中强酸,也属于弱电解质弱碱:NH3H2O,多数不溶性的碱如Fe(OH)3、Cu(OH)2等、两
2、性氢氧化物如Al(OH)3等水:是极弱的电解质4电离方程式的书写弱电解质a多元弱酸分步电离,且第一步电离程度远远大于第二步,如H2CO3电离方程式:H2CO3H+,H+。b多元弱碱电离方程式一步写成,如Fe(OH)3电离方程式:Fe(OH)3Fe3+3OH。酸式盐a强酸的酸式盐完全电离,如NaHSO4电离方程式:NaHSO4=Na+H+。b弱酸的酸式盐中酸式酸根不能完全电离,如NaHCO3电离方程式:NaHCO3=Na+,H+。二、强、弱电解质的判断和比较方法1从是否完全电离的角度判断:在溶液中强电解质完全电离,弱电解质部分电离。据此有以下判断HA是强酸还是弱酸的方法:方法结论测一定浓度的HA
3、溶液的pH若测得0.1 molL1的HA溶液的pH1,则HA为强酸;若pH1,则HA为弱酸比较等浓度的HA溶液和盐酸的导电性强弱导电性和盐酸相同时为强酸,导电性比盐酸弱时为弱酸比较等浓度的HA溶液和盐酸与锌反应的快慢反应速率相同时HA为强酸,比盐酸反应慢时HA为弱酸2一元强酸(碱)与一元弱酸(碱)的比较(1)等物质的量浓度、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较 比较项目酸c(H+)pH中和碱的能力与足量Zn反应产生H2的量开始与金属反应的速率一元强酸大小相同相同大一元弱酸小大小(3)相同pH、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较比较项目酸c(H+)c(酸)中和碱的能力与足量Zn反应产生H2的量开始
4、与金属反应的速率一元强酸相同小小少相同一元弱酸大大多说明:一元强碱与一元弱碱的比较规律与以上类似。3利用图像比较强酸和弱酸(1)相同体积、相同浓度的盐酸和醋酸加入足量的Zn,H2体积变化图像为其中:为盐酸、为醋酸;开始阶段单位时间内,盐酸产生的H2快,反应停止时,产生的H2的量一样多。加水稀释,pH变化图像其中:为醋酸,为盐酸;加水稀释相同的倍数,醋酸的pH大;加水稀释到相同的pH,盐酸加入的水多,a、b、c三点溶液的导电能力关系是bca。(2)相同体积、相同pH的盐酸和醋酸加入足量的Zn,H2体积的变化图像其中:为醋酸,为盐酸;反应过程中单位时间内,醋酸产生的H2多,反应停止时,醋酸产生的H
5、2多。加水稀释,pH的变化图像其中:为盐酸,为醋酸;加水稀释相同的倍数,盐酸的pH大,加水稀释到相同的pH,醋酸加入的水多;a、b、c三点溶液导电能力的关系是acb。三、弱电解质的电离特点与影响因素1电离平衡(1)开始时,v电离最大,而v结合等于0。(2)平衡建立过程中,v电离逐渐减小,v结合逐渐增大,但v电离v结合。(3)当v电离=v结合时,达到电离平衡状态。2电离平衡的特征3影响电离平衡的因素(1)内因弱电解质本身的性质。(2)外因外界条件温度:温度升高,电离平衡向右移动,电离程度增大。浓度:稀释溶液,电离平衡向右移动,电离程度增大。同离子效应:加入与弱电解质具有相同离子的强电解质,电离平
6、衡向左移动,电离程度减小。加入能反应的物质:电离平衡向右移动,电离程度增大。注:(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,电离程度也不一定增大,如稀醋酸中加入冰醋酸。4弱电解质分布系数的图像分析分布系数是指弱电解质溶液中,某一组分的平衡浓度占总浓度的分数,常用表示。分布曲线是以pH为横坐标,分布系数为纵坐标,分布系数与溶液pH之间的关系曲线。(1)一元弱酸:以醋酸为例,对于总浓度为c的CH3COOH溶液,溶液中与CH3COOH相关的只有c(CH3COOH)和c(CH3COO)两种,则c=c(CH3COOH)+c
7、(CH3COO),从图1中得出:CH3COOH分布系数为0,CH3COO分布系数为1,1随着pH的升高而增大,0随着pH的升高而减小。当pHpKa时,主要形体是CH3COO。0与1曲线相交在0=1=0.5处,此时c(CH3COOH)=c(CH3COO),即pH=pKa,CH3COOH和CH3COO各占一半。这一结论可应用于任何一元弱酸(碱)。同时,只要知道某一元弱酸(碱)在一定pH的分布系数和酸(碱)的分析浓度,就很容易计算它在该pH时的平衡浓度。(2)二元酸:以草酸为例(碳酸与之相似),其与pH曲线如图2所示,0为H2C2O4、1为、2为。由图2看出,当溶液的pH=pKa1时0=1,pH=p
8、Ka2时1=2。当pHpKa1时,H2C2O4占优势;在pKa1pHpKa2时,为主要存在形体。由计算可知,在pH=2.75时H占94.2%,而H2C2O4和分别为2.6%和3.2%,说明在H占优势的区域内,三种形体可以同时存在。四、电离度和电离平衡常数1电离度(1)表达式:100%(2)影响因素:温度:在其他条件不变时,升高溶液温度,电离平衡向电离方向移动,电离度增大。浓度:其他条件不变时,增大弱电解质溶液浓度,平衡向电离方向移动,但电离度减小。若降低弱电解质溶液浓度,平衡向电离方向移动,电离度增大。其他电解质的加入:如同离子效应,加入与弱电解质电离有相同离子的强电解质时,会使弱电解质电离度
9、降低。2电离平衡常数(1)表达式对于一元弱酸HA:HAH+A,电离常数K=。对于一元弱碱BOH:BOHB+OH,电离常数K=。对于二元弱酸,如H2CO3:H2CO3H+,K1=;H+,K2=;且K1K2。(2)意义:相同条件下,K越大越易电离酸(或碱)性越强(3)特点:多元弱酸是分步电离的,各级电离常数的大小关系是K1K2,所以其酸性主要决定于第一步电离。(4)影响因素(5)电离常数的三大应用判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离常数越大,酸性(或碱性)越强。判断盐溶液的酸性(或碱性)强弱,电离常数越大,对应的盐水解程度越小,碱性(或酸性)越弱。判断复分解反应能否发生,一般符合“强酸制弱酸”规律。
10、(6)电离平衡常数相关计算(以弱酸HX为例)已知c(HX)和c(H+),求电离常数 HX H+ + X起始(molL1):c(HX)00平衡(molL1):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。已知c(HX)和电离常数,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K值很小,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。五、水的电离
11、1水的电离平衡水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离:H2O+H2O H3O+ + OH,可简写为H2O H+OH。2水的离子积常数(1)概念:在一定温度下,c(H+)与c(OH)的乘积是一个常数,称为水的离子积常数,简称水的离子积。(2)表达式:水的离子积用Kw表示。实验测得,25 时,1 L水中只有 1.0107 mol H2O电离。所以该温度时的纯水中c(H+)=c(OH)=1.0107 molL1,Kw=c(H+)c(OH)=1.01014,室温下Kw一般也取这个值。(3)影响因素:Kw只与温度有关。温度升高,Kw增大。注意事项(1)水的离子积不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
12、(2)在室温时,任何物质的水溶液,Kw=1014。Kw与溶液的酸碱性无关,只与温度有关。(3)Kw的重要应用在于溶液中c(H+)和c(OH)的换算。(4)外界条件改变,水的电离平衡发生移动,但任何时候水电离出的c(H+)和c(OH)总是相等的。六、水的电离平衡的影响因素和有关计算1外界因素对水电离的影响改变条件电离平衡溶液中c(H)溶液中c(OH)pH溶液的酸碱性KW升高温度右移增大增大减小中性增大加入酸、碱加入酸,如稀硫酸、醋酸左移增大减小减小酸性不变加入碱,如NaOH溶液、氨水左移减小增大增大碱性不变加入盐加入强碱弱酸盐,如Na2CO3溶液右移减小增大增大碱性不变加入强酸弱碱盐,如AlCl
13、3溶液右移增大减小减小酸性不变加入强酸强碱盐,如NaCl溶液不移动不变不变不变中性不变加入活泼金属如Na右移减小增大增大碱性不变2水电离出的c(H+)或c(OH)的计算(25 时)(1)中性溶液c(OH)=c(H+)=107 molL1(2)酸溶液酸溶液中,H+来源于酸的电离和水的电离,而OH只来源于水的电离。(3)碱溶液 碱溶液中,OH来源于碱的电离和水的电离,而H+只来源于水的电离。(4)盐溶液 水解呈酸性或碱性的盐溶液中,H+和OH均来源于水的电离。考向一 强弱电解质的判断典例1 下列事实一定能说明HF是弱酸的是用HF溶液做导电性实验,灯泡很暗HF与NaCl不能发生反应常温下,0.1 m
14、olL1 HF溶液的pH为2.3HF能与Na2CO3溶液反应,产生CO2HF与水能以任意比混溶1 molL1的HF水溶液能使紫色石蕊试液变红ABCD【解析】用HF溶液做导电性实验,灯泡很暗,说明溶液中导电离子浓度较小,可能是c(HF)较小引起的,不能证明HF是弱酸,错误;HF与NaCl不能发生反应,说明HF的酸性比HCl弱,但不能证明HF是弱酸,错误;常温下,0.1 molL1 HF溶液的pH为2.3,说明HF部分电离,则HF是弱酸,正确;HF能与Na2CO3溶液反应,产生CO2,说明HF的酸性强于H2CO3,但不能证明HF是弱酸,错误;HF与水能以任意比混溶,与其酸性强弱无关,错误;1 mo
15、lL1的HF水溶液能使紫色石蕊试液变红,说明HF溶液具有酸性,不能证明HF是弱酸,错误。【答案】D1甲酸的下列性质中,可以证明它是弱电解质的是A1 molL1甲酸溶液的c(H)0.01 molL1B甲酸能与水以任意比例互溶C10 mL 1 molL1甲酸恰好与10 mL 1 molL1NaOH溶液完全反应D甲酸溶液的导电性比盐酸的弱判断强、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pH1,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
16、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pH7,则HA是弱酸。考向二 影响电离平衡的因素典例1 在RNH2H2ORNHOH的电离平衡中,要使RNH2H2O的电离程度及c(OH)都增大,可采取的措施是A通入HCl B加少量NaOH固体C加适量水 D升高温度【解析】通入HCl气体,H与OH反应生成H2O,平衡正向移动,RNH2H2O的电离程度增大,但c(OH)减小,A错误;加少量NaOH固体,溶液中c(OH)增大,但平衡逆向移动,RNH2H2O的电离程度减小,B错误;加水稀释,电离平衡正
17、向移动,RNH2H2O的电离程度增大,但c(OH)减小,C错误;升高温度,平衡正向移动,RNH2H2O的电离程度增大,溶液中c(OH)增大,D正确。【答案】D2H2S水溶液中存在电离平衡H2SH+HS和HSH+S2。若向H2S溶液中A加水,平衡向右移动,溶液中氢离子浓度增大B通入过量SO2气体,平衡向左移动,溶液pH增大C滴加新制氯水,平衡向左移动,溶液pH减小D加入少量硫酸铜固体(忽略体积变化),溶液中所有离子浓度都减小外界条件对弱电解质电离的影响以CH3COOHCH3COO+H+H0为例: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
18、常数加水稀释减小增大减小减小增大减弱不变加少量冰醋酸增大增大增大增大减小增强不变通入HCl气体增大增大增大减小减小增强不变加NaOH固体减小减小减小增大增大增强不变加CH3COONa固体增大减小减小增大减小增强不变加入镁粉减小减小减小增大增大增强不变升高温度减小增大增大增大增大增强增大考向三 强酸与弱酸的比较典例1 在体积都为1 L,pH都等于2的盐酸和醋酸溶液中,投入0.65 g锌粒,则下图所示符合客观事实的是【解析】由题意可知盐酸与锌反应时盐酸不足,醋酸与锌反应时醋酸过量,所以CH3COOH放H2既快又多,C正确。【答案】C3体积相同的盐酸和醋酸两种溶液,n(Cl)=n(CH3COO)=0
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