2020高中化学 电离平衡状态特征（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

2020高中化学 电离平衡状态特征（提高）知识讲解学案 新人教版选修4

电离平衡状态及特征 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解电离平衡状态及特征；‎ ‎2、掌握影响电离平衡的因素。 ‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、影响电离平衡的因素。‎ ‎【高清课堂：弱电解质的电离平衡-电离平衡的移动】‎ ‎ 当溶液的温度、浓度以及离子浓度改变时，电离平衡都会发生移动，符合勒夏特列原理，其规律是：‎ ‎ 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，而离子浓度会减小。‎ ‎ 2、温度：温度越高，电离程度越大。因电离过程是吸热过程，升温时平衡向右移动。‎ ‎ 3、同离子效应：如在醋酸溶液中加入醋酸钠晶体，增大了CH3COO－浓度，平衡左移，电离程度减小；加入稀HCl，平衡也会左移，电离程度也减小。‎ ‎ 4、能反应的物质：如在醋酸溶液中加入锌或NaOH溶液，平衡右移，电离程度增大。‎ ‎ 要点诠释：使弱酸稀释和变浓，电离平衡都向右移动，这二者之间不矛盾。我们可以把HA的电离平衡HAH++A－想象成一个气体体积增大的化学平衡：A（g）B（g）+C（g），稀释相当于增大体积，A、B、C的浓度同等程度地减小即减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动，B、C的物质的量增加但浓度减小，A的转化率增大；变浓则相当于只增大A的浓度，v（正）加快使v（正）＞v（逆），平衡向正反应方向移动，A、B、C的物质的量和浓度均增大，但A的转化率降低了，A的物质的量分数增大了而B、C的物质的量分数减小了。A的转化率即相当于弱酸的电离程度。‎ 要点二、电离平衡常数 ‎【高清课堂：弱电解质的电离平衡-电离平衡的移动】‎ ‎ 1．概念：在一定条件下，弱电解质的电离达到平衡时，弱电解质电离形成的各种离子的浓度的乘积跟溶液中未电离的分子的浓度的比值是—个常数，这个常数叫做电离平衡常数。用K表示。‎ ‎ 2．数学表达式。‎ ‎ 对一元弱酸（HA）：HAH++A－‎ ‎ 。‎ ‎ 对一元弱碱（BOH）：BOHB++OH－‎ ‎ 。‎ ‎ 3．K的意义：K值越大，表示该弱电解质越易电离，所对应的弱酸（弱碱）越强。从Ka和Kb的大小，可以判断弱酸和弱碱的相对强弱，例如弱酸的相对强弱：H2SO3（Ka1=1.5×10－2）＞H3PO4（Ka1=7.5×10－3）＞HF（Ka=3.5×10－4）＞H2S（Ka1=9.1×10－8）。‎ ‎ [说明] （1）多元弱酸只比较其Ka1，；（2）同化学平衡常数一样，电离平衡常数K值不随浓度而变化，仅随温度而变化。‎ ‎ 4．多元弱酸的电离：多元弱酸的电离是分步（级）进行的，且一步比一步困难，故多元弱酸的溶液的酸性主要由第一步电离来决定。如H3PO4的电离（如图）：‎ ‎ ‎ 4‎ ‎ H3PO4H++H2PO4－ Ka1‎ ‎ H2PO4－H++HPO42－ Ka2‎ ‎ HPO42－H++PO43－ Ka3‎ ‎ 要点诠释：Ka1＞Ka2＞Ka3，在H3PO4溶液中，由H3PO4电离出来的离子有H+、H2PO4－、PO43－等，其离子浓度的大小关系为c (H+)＞c (H2PO4－)＞c (HPO42－)＞c (PO43－)。‎ 要点三、弱电解质的电离度 ‎ 1．概念：当弱电解质在溶液里达到电离平衡时，溶液中已电离的电解质分子数占原来分子总数（包括已电离的和未电的）的百分率叫做电离度。常用表示。‎ ‎2．数学表达式。‎ ‎ [说明] 上式中的分子数也可用物质的量、物质的量浓度代替。‎ ‎ 3．影响电离度的因素 ‎ （1）内因：电解质的本性，不同的弱电解质由于结构不同，电离度也不同。通常电解质越弱，电离度越小。‎ ‎ （2）外因。‎ ‎ 浓度：加水稀释。电离平衡向电离方向移动，故溶液浓度越小，电离度越大。‎ ‎ 温度：电解质的电离过程是吸热过程，故温度升高，电离度增大。‎ ‎ 由此可见，可以根据相同条件下（温度、浓度）电离度的大小来判断不同弱电解质的相对强弱。例如：‎25℃‎时，0.1 mol·L－1的氢氟酸的=7.8％，0.1 mol·L－1的醋酸的=1.3％，所以酸性：HF＞CH3COOH。‎ 要点四、一元强酸与一元弱酸的比较 ‎ 1．物质的量浓度相同、体积相同时。‎ 比较项目 酸 c (H+)‎ pH 中和碱的能力 与活泼金属产生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 ‎ 2．pH相同、体积相同时。‎ 酸 c (H+)‎ c (酸)‎ 中和碱的能力 与活泼金属产生H2的量 与金属反应的速率 一元强酸 相同 小 小 少 开始相同，后来弱酸大 一元弱酸 大 大 多 ‎ [说明] 一元强碱与一元弱碱的比较规律与上类似。‎ ‎【典型例题】‎ 类型一：弱电解质的电离平衡 ‎ 例题1 在0.1 mol·L－1 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（ ）。‎ ‎ A．加入水时，平衡向逆反应方向移动 ‎ B．加入少量NaOH固体，平衡向正反应方向移动 ‎ c．加入少量0.1 mol·L－1 HCl溶液，溶液中c (H+)减小 ‎ D．加入少量CH3COONa固体，平衡向正反应方向移动 ‎ 【思路点拨】本题考查影响弱电解质电离平衡的因素。溶液浓度越小，电离程度越大；温度越高，电离程度越大，除此之外还需要考虑其他离子的间接影响。‎ ‎ 【答案】B ‎ ‎ 4‎ ‎ 【解析】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。A项加入水时，c (CH3COOH)+c (CH3COO－)+c (H+)减小，平衡向其增大的方向（也就是正方向）移动；B项加入NaOH与H+反应，c (H+)变小，平衡向正反应方向移动；C项加入HCl时c (H+)变大，平衡向其减小的方向（也就是逆方向）移动，但最终c (H+)比未加HCl前还是要大；D项加入CH3COONa，c (CH3COO－)增大，平衡向逆反应方向移动。‎ ‎【总结升华】（1）电离平衡状态特征的核心是“等”，“等”决定了“定”。“动”是“变”的基础，没有“动”也就没有“变”，“变”又是“动”的表现。（2）化学平衡原理（勒夏特列原理）也适用于电离平衡。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】氨水有下列平衡NH3·H2ONH4++OH－，当其他条件不变时，改变下列条件，平衡向左移，且c (NH4+)增大的是（ ）。‎ ‎ A．加NaOH B．加盐酸 C．加NH4Cl D．加同浓度氨水 ‎【答案】C ‎【高清课堂：弱电解质的电离平衡-电离平衡的移动】‎ ‎【变式2】在稀醋酸溶液中存在如下电离平衡：CH3COOHCH3COO－+H+，当改变条件时，表中各项有何变化？请填入表格中。‎ 条件改变 平衡移动方向 电离程度 n(H+)‎ c(H+)‎ c(CH3COO-)‎ 加热 加少量水 加少量冰醋酸 加少量氯化氢 加少量醋酸钠 加少量氢氧化钠 ‎【答案】‎ 条件改变 平衡移动方向 电离程度 n(H+)‎ c(H+)‎ c(CH3COO-)‎ 加热 ‎→‎ ‎↑‎ ‎↑‎ ‎↑‎ ‎↑‎ 加少量水 ‎→‎ ‎↑‎ ‎↑‎ ‎↓‎ ‎↓‎ 加少量冰醋酸 ‎→‎ ‎↓‎ ‎↑‎ ‎↑‎ ‎↑‎ 加少量氯化氢 ‎←‎ ‎↓‎ ‎↑‎ ‎↑‎ ‎↓‎ 加少量醋酸钠 ‎←‎ ‎↓‎ ‎↓‎ ‎↓‎ ‎↑‎ 加少量氢氧化钠 ‎→‎ ‎↑‎ ‎↓‎ ‎↓‎ ‎↑‎ 类型二：电离平衡常数和电离度 ‎ 例题2 在‎25℃‎时，相同浓度的HF、CH3COOH和HCN（氢氰酸）溶液，它们的电离平衡常数分别是3.5×10－4、1.8×10－5、4.9×10－10，其中，氢离子的浓度最大的是______，未电离的溶质分子浓度最大的是______。‎ ‎【思路点拨】本题考查弱电解质的电离平衡常数。平衡常数越大，表明弱电解质的电离程度越大，相应未电离的溶质分子数越少。‎ ‎【答案】HF HCN ‎ 【解析】一定温度下，弱酸溶液中氢离子浓度与电离常数（K）和溶液的物质的量浓度的关系可以从以下过程推出，设弱酸为HA，其物质的量浓度为c，c (H+)记作x。‎ ‎ HA H+ + A－‎ ‎ 起始 c 0 0‎ ‎ 平衡 c－x x x 4‎ ‎ 则 ‎ ‎ 对于难电离的弱酸（K很小）溶液，，故，则上式可变为，即。‎ ‎ 一定温度下，当溶液的浓度一定时，c (H+)随电离常数的增大而增大。题中K (HF)＞K (CH3COOH)＞K (HCN)，故氢离子浓度HF溶液最大，余下的未电离的HF分子最少，而HCN溶液中未电离的HCN分子最多。‎ ‎【总结升华】弱电解质的电离平衡仍然是化学平衡中的一种，仍然可以用勒夏特列原理理解。电离平衡常数的表达及意义也是相同的。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】‎18℃‎时，H‎2A（酸）：K1=4.3×10－7，K2=2.1×10－12，H2B（酸）：K1=1.0×10－7，K2=6.3×10－13，在浓度相同的两种溶液中，用“＞”“＜”或“＝”填空：‎ ‎ （1）H+的浓度：H‎2A________H2B；‎ ‎ （2）酸根离子的浓度：c (A2－)________c (B2－)；‎ ‎ （3）酸分子的浓度：c (H‎2A)________c (H2B)；‎ ‎ （4）溶液导电能力：H‎2A________H2B。‎ ‎【答案】（1）＞ （2）＞ （3）＜ （4）＞‎ 类型三：一元强酸（碱）和一元弱酸（碱）的比较 ‎ 例题3 对室温下pH相同、体积相同的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施，有关叙述正确的是（ ）。‎ ‎ A．加适量的醋酸钠晶体后，两溶液的pH均增大 ‎ B．使温度都升高‎20℃‎，两溶液的pH均不变 ‎ C．加水稀释2倍后，两溶液的pH均减小 ‎ D．加足量的锌充分反应后，两溶液中产生的氢气一样多 ‎ 【思路点拨】溶质浓度相同的一元强酸、一元弱酸，由于弱酸是部分电离，所以其溶液中电离出的氢离子浓度小，相应pH大。但溶质所能全部电离出的氢离子总数是相同的。‎ ‎ 【答案】A ‎ 【解析】醋酸是弱酸，存在电离平衡；盐酸是强酸，不存在电离平衡。pH相同即c (H+)相同，体积又相同，则两者已电离出n (H+)相同，但盐酸中的H+已全部电离，而醋酸中还有许多醋酸分子未电离，A选项加入CH3COONa晶体，前者抑制CH3COOH电离，使c (H+)减小，后者直接发生反应：CH3COO－+H+＝CH3COOH，c (H+)也减小，两者pH均增大。A选项正确；B选项，升高温度，二者pH均改变；C选项，加水稀释，溶液的pH均增大；D选项，足量锌与二者充分反应，由于CH3COOH的物质的量远大于HCl，故CH3COOH产生的H2多。‎ ‎【总结升华】弱酸中c (H+)下降后，可进一步电离。c (H+)相同、体积相同时，弱酸中所含溶质的物质的量要比强酸大得多。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】在a、b两支试管中，分别装上形态相同、质量相等的一颗锌粒，然后向两支试管中分别加入相同物质的量浓度、相同体积的稀盐酸和稀醋酸。填写下列空白：‎ ‎ （1）a、b两支试管中的现象：相同点是________；不同点是________；原因是________。‎ ‎ （2）a、b两支试管中生成气体的体积开始时是V（a）________V（b）；反应完毕后生成气体的总体积是V（a）________V（b）；原因是________。‎ ‎【答案】‎ ‎（1）都产生无色气泡 a中反应速率较快 盐酸是强酸，醋酸是弱酸，盐酸溶液中c (H+)比醋酸中的大 ‎（2）大于 等于 开始反应时，盐酸溶液中H+浓度较大，但H+的总的物质的量相等 4‎