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第16讲 弱电解质的电离平衡-2023-2024学年高二化学同步精品讲义(鲁科选择性必修1)
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第16讲 弱电解质的电离平衡
目标导航
课程标准
课标解读
1.了解弱电解质的电离平衡常数概念和电离平衡常数与电离程度的关系。
2.理解影响弱电解质的因素对电离平衡移动的影响。
3.了解常见的弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
1.增大电解质在水溶液中存在电离平衡;能正确书写弱电解质的电离方程式;能用动态平衡的观点看待和分析电离平衡移动。
2.通过分析、推理等方法认识电离平衡常数的意义;建立强弱电解质的判断和“强酸制弱酸”的思维模型。
3.了解常见的弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
知识精讲
知识点01 电离平衡常数
1.电离平衡状态
(1)建立过程
(2)电离平衡
①建立条件:一定温度、浓度
②平衡状态:弱电解质分子电离成离子的速率和离子结合成分子的速率_____时的状态。
(3)特点:弱电解质分子电离成离子过程和离子结合成弱电解质分子过程__________且速率_____。
2.电离平衡常数(电离常数)
(1)概念:在一定条件下达到__________时,弱电解质电离形成的各种_____的浓度_____与溶液中未电离的_____的浓度之比。
(2)表达式:弱酸用Ka表示;弱碱用Kb表示。
①醋酸电离:CH3COOHH++CH3COO-,Ka=____________________
②碳酸第一步电离:H2CO3H++HCO3- Ka1=____________________;
③碳酸第二步电离:HCO3-H++CO32- Ka2=____________________,且Ka1_____Ka2。
④氨水电离:NH3·H2ONH4++OH- Kb=_________________________。
(3)影响因素:只与_____有关,由于电离过程是_____过程,升温,K值_____。
(3)应用
①相同温度下电离常数的大小可以判断弱电解质电离能力的_______________
②K越大,表示弱电解质的电离程度_____,弱酸的酸性或弱碱的碱性相对__________。
3.电离度
(1)概念:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,_______________占原有溶质分子数(包括已电离的和未电离的)的百分率。
(2)表达式:α=____________________。
【即学即练1】在醋酸溶液中,CH3COOH电离达到平衡的标志是( )。
A.溶液显电中性
B.溶液中检测不出CH3COOH分子存在
C.氢离子浓度恒定不变
D.c(H+)=c(CH3COO-)
【即学即练2】下列关于电离平衡常数(K)的说法中正确的是( )。
A.电离平衡常数(K)越小,表示弱电解质电离能力越弱
B.电离平衡常数(K)与温度无关
C.不同浓度的同一弱电解质,其电离平衡常数(K)不同
D.多元弱酸各步电离平衡常数相互关系为:K1<K2<K3
知识点02 影响电离平衡的因素
1.内因(主要原因):电解质______________决定的。
2.外因
因素
影响结果
温度
升高温度,电离平衡_______移动
浓度
加水稀释,电离平衡_______移动
外加物质
加入与弱电解质电离出的离子相同的离子,电离平衡_______移动(同离子效应)
加入与弱电解质电离出的离子反应的离子,电离平衡_______移动
【即学即练3】对某弱酸稀溶液加热时,下列叙述错误的是( )。
A.pH降低 B.弱酸分子浓度减少
C.溶液c(OH-)增大 D.溶液导电性增强
能力拓展
考法01 电离平衡移动
【典例1】(2021·苏州高二检测)0.1mol·L-1CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,加水稀释或加入少量CH3COONa晶体时,都会引起( )。
A.溶液的pH增大
B.CH3COOH电离程度变大
C.溶液的导电能力减弱
D.溶液中c平(OH-)减小
【知识拓展】弱电解质的电离平衡及影响因素
1.弱电解质的电离平衡
类型
实例
一元弱酸
HFH++F-
一元弱碱
NH3·H2ONH4++OH-
多元弱酸
分步电离,分步写出:H2CO3H++HCO3-,HCO3-H++CO32-
多元弱碱
分步电离,一步写出:Cu(OH)2Cu2++2OH-
2.影响因素
(1)内因:弱电解质本身的性质,如相同条件下CH3COOH电离程度大于H2CO3。
(2)外因:以CH3COOHCH3COO-+H+ΔH>0为例:
影响因素
移动方向
n(H+)
c平(H+)
c平(CH3COO-)
Ka
pH
导电能力
升温
(不考虑挥发)
右
增大
增大
增大
增大
减小
增强
加冰醋酸
右
增大
增大
增大
不变
减小
增强
加入其
他物质
CH3COONa固体
左
减小
减小
增大
不变
增大
增强
通入HCl气体
左
增大
增大
减小
不变
减小
增强
NaOH固体
右
减小
减小
增大
不变
增大
增强
加水稀释
右
增大
减小
减小
不变
增大
减弱
【特别提醒】
(1)弱酸或弱碱的电离平衡向右移动,其电离程度不一定增大,电解质分子的浓度不一定减小,离子的浓度不一定增大。
(2)弱酸或弱碱加水稀释时,溶液中不一定所有离子浓度都减小。如稀醋酸加水稀释时,c平(OH-)增大,其他离子浓度均减小。
(3)对于浓的弱电解质溶液,如冰醋酸加水稀释的过程弱电解质的电离程度逐渐增大,但离子浓度先增大后减小。
(4)分析弱电解质微粒浓度变化时,要注意平衡移动时相关量的变化程度与溶液体积变化程度的相对大小。
考法02 强弱电解质的比较
【典例2】(2021~2022江苏盐城高二上学期期末)某温度下,HNO2和CH3COOH的电离常数分别为5.0×10-4和1.7×10-5。将pH相同、体积均为V0的两种酸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( )。
A.曲线Ⅰ代表CH3COOH溶液
B.溶液中水的电离程度:b点小于c点
C.相同体积a点的两种酸分别与NaOH溶液恰好中和后,溶液中n(NO2-)>n(CH3COO-)
D.由c点到d点,溶液中保持不变(其中HA、A-分别代表相应的酸和酸根离子)
【知识拓展】弱电解质强弱判断
1.弱电解质的判断方法
(1)在相同浓度、相同温度下,与强电解质做导电性对比实验,导电性弱的为弱电解质。
(2)浓度与pH的关系。如0.1mol·L-1CH3COOH溶液,其pH>1,则可证明CH3COOH是弱电解质。
(3)稀释前后的pH与稀释倍数的关系。例如,将pH=2的酸溶液稀释至原体积的1000倍,若pH小于5,则证明该酸为弱酸;若pH为5,则证明该酸为强酸。
(4)利用实验证明存在电离平衡。如醋酸溶液中滴入紫色石蕊溶液变红,再加CH3COONa固体,颜色变浅,证明CH3COOH是弱电解质。
(5)在相同浓度、相同温度下,比较与金属反应的速率的快慢。如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸溶液中,起始速率前者比后者快。
2.一元强酸与一元弱酸的比较
(1)相同物质的量浓度、相同体积时。
c平(H+)
pH
中和碱
的能力
与足量金属反应
产生H2的量
与金属反应
开始时速率
一元强酸
大
小
相同
相同
大
一元弱酸
小
大
小
(2)相同pH、相同体积时
c平(H+)
c平(酸)
中和碱
的能力
与足量金属反应
产生H2的量
与金属反应
开始时速率
一元强酸
相同
小
小
少
相同
一元弱酸
大
大
多
【特别提醒】
(1)弱电解质的电离是微弱的,在溶液中主要以弱电解质分子的形式存在。
(2)电离平衡发生正向移动,弱电解质的电离程度不一定增大,如醋酸溶液中加冰醋酸。
(3)多元弱酸分步电离,电离常数逐渐减小,上一步电离产生的H+对下一步的电离起到抑制作用。
(4)弱电解质溶液加水稀释,电离程度增大,但是弱电解质电离出的离子浓度却不是增大,而是减小的。
考法03 电离常数的应用
【典例3】(2022·全国乙卷)常温下,一元酸HA的Ka(HA)=1.0×10-3。在某体系中,H+与A-离子不能穿过隔膜,未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)=c(HA)+c(A-),当达到平衡时,下列叙述正确的是( )。
A.溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)+c(A-)
B.溶液Ⅱ中的HA的电离度[]为
C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等
D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比为10-4
【知识拓展】电离平衡常数的应用
1.比较弱酸的酸性强弱
(1)相同条件下,K值越大,电离程度越大,酸性越强。
(2)酸性越强,越容易电离;其相应的酸根离子结合H+越困难,碱性越弱。
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数
/(mol·L-1)
1.7×10-5
Ka1=4.2×10-7
Ka2=5.6×10-11
4.7×10-8
①酸性强弱顺序:CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO3-
②结合H+的能力:CH3COO-<HCO3-<ClO-<CO32-
2.判断复分解反应能否进行
(1)规则:相对强的酸(碱)制取相对弱的酸(碱)
(2)Na2CO3溶液中加入过量次氯酸
①满足“强酸(HClO)制弱酸(HCO3-)”原理:Na2CO3+HClONaHCO3+NaClO
②不满足“强酸(HClO)制弱酸(H2CO3)”原理:Na2CO3+2HClONaHCO3+CO2↑+H2O
3.判断粒子浓度比值的变化
(1)适用范围:分子、分母等变大或变小
(2)常用方法:分子和分母同乘以某个相同的量,尽可能转化成含平衡常数的代数式
(3)应用举例:加水稀释弱酸HA溶液,c平(H+)、c平(A-)、c平(HA)减小,不容易判断变化趋势
①变形:==
②判断:稀释时Ka(HA)不变,c平(H+)减小,则变大
4.计算电离度(α)
(1)方法:“三段式”:假设酸的起始浓度为c,电离度为α:
HA
H+
+
A-
起始mol/L
c
0
0
变化mol/L
cα
cα
cα
平衡mol/L
c-cα
cα
cα
(2)忽略:一般认为c-cα≈c(电离常数很小)
(3)将相关数据代入平衡常数表达式:Ka==≈=cα2
(4)常用公式
①一元弱酸:c平(H+)=cα=c×=
②一元弱碱:c平(OH-)=cα=c×=
【特别提醒】
(1)电离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)电离常数除了可以比较弱电解质的电离能力外,还能定量判断电离平衡的移动方向。
(3)在运用电离常数表达式进行计算时,浓度必须是平衡时的浓度。
分层提分
题组A 基础过关练
1.(2021·泰安高二检测)下列有关“电离平衡”的叙述中正确的是( )。
A.电解质在溶液里达到电离平衡时,分子的浓度和离子的浓度相等
B.达到电离平衡时,由于分子和离子的浓度不再发生变化,所以说电离平衡是静态平衡
C.电离平衡是相对的、暂时的,反应条件改变时,平衡可能会发生移动
D.电解质达到电离平衡后,各离子的浓度相等
2.室温下,下列事实不能说明NH3·H2O为弱电解质的是( )。
A.0.1mol·L-1氨水能使无色酚酞溶液变红色
B.0.1mol·L-1氨水pH小于0.1mol·L-1NaOH溶液的pH
C.0.1mol·L-1NaOH溶液的导电能力比0.1mol·L-1氨水的导电能力强
D.0.1mol·L-1氨水的pH小于13
3.表示正确的HF的电离平衡常数表达式是( )。
A.c平(H+) B.Ka(HF)
C. D.
4.(2021·合肥高二检测)一元弱酸HA(aq)中存在下列电离平衡:HAA-+H+。将1.0molHA加入1.0L水中,如图中,表示溶液中HA、H+、A-的物质的量浓度随时间而变化的曲线正确的是( )。
5.在HNO2溶液中存在如下平衡:HNO2H++NO2-,向该溶液中加入少量的下列物质后,能使电离平衡向右移动的是( )。
A.NaOH溶液 B.硫酸溶液
C.NaNO2溶液 D.NaHSO4溶液
6.(2021·安庆高二检测)0.10mol·L-1HA溶液中有1%的HA电离,则HA的电离平衡常数Ka为( )。
A.1.0×10-5 B.1.0×10-7
C.1.0×10-8 D.1.0×10-9
7.A物质的化学式为M(OH)2,将其溶于水制成稀溶液,该溶液呈中性,在溶液中存在:M2++2OH-M(OH)22H++MO22-。回答以下题目一律用“增大”“减小”“不变”填空:
(1)在其他条件不变的情况下,25℃时,在蒸馏水中加入A物质后,与加入前比较:由水电离出的c(OH-)_______,c(H+)_______,水的电离度_______,Kw_______。
(2)25℃时,向A的稀溶液中加入少量的烧碱固体,则水的电离度_______,溶液的pH_______。
(3)室温下,甲、乙两瓶氨水的浓度分别为1mol/L和0.1mol/L,则甲、乙两瓶氨水中c(OH-)之比为_______10(填大于、等于或小于)。
8.氨水的主要成分是NH3·H2O,已知在25℃时,氨水中NH3·H2O的电离常数Kb=1.8×10-5mol·L-1,回答下列问题:
(1)氨水中NH3·H2O的电离常数表达式Kb=________。
(2)当向该氨水中加入一定量的NaOH溶液时,Kb值________。
(3)若该氨水的起始浓度为0.01mol·L-1,则达到电离平衡时溶液中OH-的物质的量浓度是________。
题组B 能力提升练
1.(2021·镇江高二检测)已知7.2×10-4mol·L-1、4.6×10-4mol·L-1、4.9×10-10mol·L-1分别是三种酸的电离平衡常数的值。若这三种酸可发生如下反应:
①NaCN+HNO2HCN+NaNO2
②NaCN+HFHCN+NaF
③NaNO2+HFHNO2+NaF
则下列叙述中不正确的是( )。
A.HF的电离平衡常数为7.2×10-4mol·L-1
B.HNO2的电离平衡常数为4.9×10-10mol·L-1
C.根据①③两个反应即可知三种酸的相对强弱
D.HNO2的电离平衡常数比HCN的大,比HF的小
2.已知:H2CO3H++HCO3-,K1=4.3×10-7;HCO3-H++CO32-,K2=5.6×10-11;HClOH++ClO-,K=3.0×10-8,根据上述电离常数分析,下列各式中错误的是( )。
A.Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO
B.Ca(ClO)2+H2O+CO2=CaCO3↓+2HClO
C.NaClO+H2O+CO2=NaHCO3+HClO
D.2NaClO+H2O+CO2=Na2CO3+2HClO
3.(2021·郴州高二检测)pH相等的盐酸(甲)和醋酸(乙),分别与锌反应,若最后锌已全部溶解且放出气体一样多,则下列说法正确的是( )。
A.反应开始时的速率:甲>乙
B.反应结束时,c平(H+):甲=乙
C.反应开始时,酸的物质的量浓度:甲=乙
D.反应所需时间:甲>乙
4.(2022·浙江6月选考)关于反应Cl2(g)+H2O(l)H+(aq)+Cl-(aq)+HClO(aq)△H<0,达到平衡后,下列说法不正确的是( )。
A.升高温度,氯水中的c(HClO)减小
B.氯水中加入少量醋酸钠固体,上述平衡正向移动,c(HClO)增大
C.取氯水稀释,增大
D.取两份氯水,分别滴加AgNO3溶液和淀粉KI溶液,若前者有白色沉淀,后者溶液变蓝色,可以证明上述反应存在限度
5.(双选)某温度下,相同pH的氨水和氢氧化钠溶液分别加水稀释,溶液pH随溶液体积变化的曲线如图所示。据图判断正确的是( )。
A.Ⅰ为氨水稀释时的pH变化曲线
B.a、b、c三点溶液的导电性:c>b=a
C.a、b、c三点溶液中水的电离程度:c=b>a
D.用相同浓度的盐酸分别与等体积的b、c处溶液恰好完全反应,消耗盐酸的体积:Vb=Vc
6.(双选)已知室温时,0.1mol·L-1某一元酸HA在水中有0.1%发生电离,下列叙述错误的是( )。
A.该溶液的pH=4
B.升高温度,溶液的pH增大
C.此酸的电离平衡常数约为1×10-6mol·L-1
D.由HA电离出的c酸(H+)约为水电离出的c水(H+)的106倍
7.25℃时,几种酸的电离平衡常数见下表:
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数
1.7×10-5mol·L-1
K1=4.2×10-7mol·L-1
K2=5.6×10-11mol·L-1
4.7×10-8mol·L-1
回答下列问题:
(1)下列四种离子结合质子的能力由大到小的顺序是________;(填编号)
A.CO32- B.ClO- C.CH3COO- D.HCO3-
(2)下列反应不能发生的是________;
A.CO32-+2CH3COOH2CH3COO-+CO2↑+H2O
B.ClO-+CH3COOHCH3COO-+HClO
C.CO32-+2HClOCO2↑+H2O+2ClO-
D.2ClO-+CO2+H2OCO32-+2HClO
(3)用蒸馏水稀释0.10mol·L-1的醋酸溶液,则下列各式表示的数值随水量的增加而增大的是________;
A. B.
C. D.
(4)将体积均为10mLpH=2的醋酸溶液与一元酸HX的溶液分别加水稀释至1000mL,稀释过程中溶液pH的变化如图所示,则HX的电离平衡常数______(填“大于”“等于”或“小于”,下同)醋酸的平衡常数,稀释后,HX溶液中水电离出来的c水(H+)________醋酸溶液中水电离出来的c水(H+)。
8.(2021·南京高二检测)联氨是一种应用广泛的化工原料,分子式为N2H4,是各种大型电厂锅炉循环用水的化学除氧剂。并具有很高的燃烧热,可用作火箭和燃料电池的燃料。在联氨的分子中,由于有两个亲核的氮和四个可供置换的氢(H2N-NH2),可以合成各种衍生物,其中包括塑料发泡剂、抗氧剂、各种聚合物、农药、除草剂和药品等。被越来越多地应用于航天、化工、制药等领域。
(1)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为________(已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为________。
(2)氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料,回答下列问题:氨的水溶液显弱碱性,其原因为____________________________________________(用离子方程式表示),0.1mol·L-1的氨水中加入少量的NH4Cl固体,溶液的pH______________(填“升高”或“降低”);若加入少量的明矾,溶液中的NH4+的浓度________(填“增大”或“减小”)。
(3)25℃,两种酸的电离平衡常数如下表。
Ka1
Ka2
H2SO3
1.3×10-2
6.3×10-8
H2CO3
4.2×10-7
5.6×10-11
①HSO3-的电离平衡常数表达式K=________。
②H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要离子方程式为_________________。
题组C 培优拔尖练
1.(2021·双鸭山高二检测)室温下向10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液中加水稀释后,下列说法正确的是( )。
A.溶液中导电离子的数目减小
B.溶液中不变
C.醋酸的电离程度增大,c平(H+)也增大
D.醋酸的电离常数K随醋酸浓度减小而减小
2.电离度是描述弱电解质电离程度的物理量,电离度=×100%。现取20mLc(H+)=1×10-3mol·L-1的CH3COOH溶液,加入0.2mol·L-1的氨水,测得溶液导电性的变化如图所示,则加入氨水前CH3COOH的电离度为( )。
A.0.5% B.1.5% C.0.1% D.1%
3.(双选)常温下有体积相同的四种溶液:①pH=3的CH3COOH溶液;②pH=3的盐酸;③pH=11的氨水;④pH=11的NaOH溶液。下列说法正确的是( )。
A.若将四种溶液稀释100倍,则溶液pH大小顺序:③>④>①>②
B.③和④分别用等浓度的硫酸溶液中和,消耗硫酸溶液的体积:③>④
C.①与②分别与足量镁粉反应,生成H2的量:①<②
D.②和③混合,所得混合溶液的pH大于7
4.(2021~2022湖北十堰高二上学期期末)向体积均为1 L,pH均等于2的盐酸和醋酸(HAc)中,分别投入0.28g铁粉,则下图中的曲线符合反应事实的是( )。
5.(2021~2022福建漳州高二上学期期末)某化学兴趣小组的同学通过实验比较等体积(200mL)0.55mol/L硫酸、1.1mol/L盐酸、1.1mol/L醋酸分别与过量金属反应生成氢气的速率请你协助完成如下实验,并回答相关问题。
(1)实验用品:仪器(略)、药品(除给定的三种酸溶液外,在Na、Mg、Fe三种金属中选择最合适的一种,并说明理由)。选择的金属是________________,不选其它两种金属的理由是________________________________。
(2)实验原理:(用离子方程式表示)________________________________。
(3)甲同学设计的实验装置,乙同学认为该装置不能控制三个反应在同一时间发生,并作了相应的改进。你认为乙同学改进的措施是:__________________。
(4)按改进后的装置进行实验,实验中HCl与金属反应产生H2质量随时间变化的关系见下图:
计算实验在80~120s范围内HCl的平均反应速率为___________(忽略溶液体积变化)。
(5)请在答题卡的框图中,画出HAc、H2SO4与金属反应产生H2质量随时间变化关系的预期结果示意图。
(6)量筒的规格由________决定。
(7)对盐酸和醋酸反应图象的异同,你的解释是_______________________________
________________________________________________________________。
第16讲 弱电解质的电离平衡
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课程标准
课标解读
1.了解弱电解质的电离平衡常数概念和电离平衡常数与电离程度的关系。
2.理解影响弱电解质的因素对电离平衡移动的影响。
3.了解常见的弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
1.增大电解质在水溶液中存在电离平衡;能正确书写弱电解质的电离方程式;能用动态平衡的观点看待和分析电离平衡移动。
2.通过分析、推理等方法认识电离平衡常数的意义;建立强弱电解质的判断和“强酸制弱酸”的思维模型。
3.了解常见的弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
知识精讲
知识点01 电离平衡常数
1.电离平衡状态
(1)建立过程
(2)电离平衡
①建立条件:一定温度、浓度
②平衡状态:弱电解质分子电离成离子的速率和离子结合成分子的速率_____时的状态。
(3)特点:弱电解质分子电离成离子过程和离子结合成弱电解质分子过程__________且速率_____。
2.电离平衡常数(电离常数)
(1)概念:在一定条件下达到__________时,弱电解质电离形成的各种_____的浓度_____与溶液中未电离的_____的浓度之比。
(2)表达式:弱酸用Ka表示;弱碱用Kb表示。
①醋酸电离:CH3COOHH++CH3COO-,Ka=____________________
②碳酸第一步电离:H2CO3H++HCO3- Ka1=____________________;
③碳酸第二步电离:HCO3-H++CO32- Ka2=____________________,且Ka1_____Ka2。
④氨水电离:NH3·H2ONH4++OH- Kb=_________________________。
(3)影响因素:只与_____有关,由于电离过程是_____过程,升温,K值_____。
(3)应用
①相同温度下电离常数的大小可以判断弱电解质电离能力的_______________
②K越大,表示弱电解质的电离程度_____,弱酸的酸性或弱碱的碱性相对__________。
3.电离度
(1)概念:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,_______________占原有溶质分子数(包括已电离的和未电离的)的百分率。
(2)表达式:α=____________________。
【即学即练1】在醋酸溶液中,CH3COOH电离达到平衡的标志是( )。
A.溶液显电中性
B.溶液中检测不出CH3COOH分子存在
C.氢离子浓度恒定不变
D.c(H+)=c(CH3COO-)
【即学即练2】下列关于电离平衡常数(K)的说法中正确的是( )。
A.电离平衡常数(K)越小,表示弱电解质电离能力越弱
B.电离平衡常数(K)与温度无关
C.不同浓度的同一弱电解质,其电离平衡常数(K)不同
D.多元弱酸各步电离平衡常数相互关系为:K1<K2<K3
知识点02 影响电离平衡的因素
1.内因(主要原因):电解质______________决定的。
2.外因
因素
影响结果
温度
升高温度,电离平衡_______移动
浓度
加水稀释,电离平衡_______移动
外加物质
加入与弱电解质电离出的离子相同的离子,电离平衡_______移动(同离子效应)
加入与弱电解质电离出的离子反应的离子,电离平衡_______移动
【即学即练3】对某弱酸稀溶液加热时,下列叙述错误的是( )。
A.pH降低 B.弱酸分子浓度减少
C.溶液c(OH-)增大 D.溶液导电性增强
能力拓展
考法01 电离平衡移动
【典例1】(2021·苏州高二检测)0.1mol·L-1CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,加水稀释或加入少量CH3COONa晶体时,都会引起( )。
A.溶液的pH增大
B.CH3COOH电离程度变大
C.溶液的导电能力减弱
D.溶液中c平(OH-)减小
【知识拓展】弱电解质的电离平衡及影响因素
1.弱电解质的电离平衡
类型
实例
一元弱酸
HFH++F-
一元弱碱
NH3·H2ONH4++OH-
多元弱酸
分步电离,分步写出:H2CO3H++HCO3-,HCO3-H++CO32-
多元弱碱
分步电离,一步写出:Cu(OH)2Cu2++2OH-
2.影响因素
(1)内因:弱电解质本身的性质,如相同条件下CH3COOH电离程度大于H2CO3。
(2)外因:以CH3COOHCH3COO-+H+ΔH>0为例:
影响因素
移动方向
n(H+)
c平(H+)
c平(CH3COO-)
Ka
pH
导电能力
升温
(不考虑挥发)
右
增大
增大
增大
增大
减小
增强
加冰醋酸
右
增大
增大
增大
不变
减小
增强
加入其
他物质
CH3COONa固体
左
减小
减小
增大
不变
增大
增强
通入HCl气体
左
增大
增大
减小
不变
减小
增强
NaOH固体
右
减小
减小
增大
不变
增大
增强
加水稀释
右
增大
减小
减小
不变
增大
减弱
【特别提醒】
(1)弱酸或弱碱的电离平衡向右移动,其电离程度不一定增大,电解质分子的浓度不一定减小,离子的浓度不一定增大。
(2)弱酸或弱碱加水稀释时,溶液中不一定所有离子浓度都减小。如稀醋酸加水稀释时,c平(OH-)增大,其他离子浓度均减小。
(3)对于浓的弱电解质溶液,如冰醋酸加水稀释的过程弱电解质的电离程度逐渐增大,但离子浓度先增大后减小。
(4)分析弱电解质微粒浓度变化时,要注意平衡移动时相关量的变化程度与溶液体积变化程度的相对大小。
考法02 强弱电解质的比较
【典例2】(2021~2022江苏盐城高二上学期期末)某温度下,HNO2和CH3COOH的电离常数分别为5.0×10-4和1.7×10-5。将pH相同、体积均为V0的两种酸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( )。
A.曲线Ⅰ代表CH3COOH溶液
B.溶液中水的电离程度:b点小于c点
C.相同体积a点的两种酸分别与NaOH溶液恰好中和后,溶液中n(NO2-)>n(CH3COO-)
D.由c点到d点,溶液中保持不变(其中HA、A-分别代表相应的酸和酸根离子)
【知识拓展】弱电解质强弱判断
1.弱电解质的判断方法
(1)在相同浓度、相同温度下,与强电解质做导电性对比实验,导电性弱的为弱电解质。
(2)浓度与pH的关系。如0.1mol·L-1CH3COOH溶液,其pH>1,则可证明CH3COOH是弱电解质。
(3)稀释前后的pH与稀释倍数的关系。例如,将pH=2的酸溶液稀释至原体积的1000倍,若pH小于5,则证明该酸为弱酸;若pH为5,则证明该酸为强酸。
(4)利用实验证明存在电离平衡。如醋酸溶液中滴入紫色石蕊溶液变红,再加CH3COONa固体,颜色变浅,证明CH3COOH是弱电解质。
(5)在相同浓度、相同温度下,比较与金属反应的速率的快慢。如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸溶液中,起始速率前者比后者快。
2.一元强酸与一元弱酸的比较
(1)相同物质的量浓度、相同体积时。
c平(H+)
pH
中和碱
的能力
与足量金属反应
产生H2的量
与金属反应
开始时速率
一元强酸
大
小
相同
相同
大
一元弱酸
小
大
小
(2)相同pH、相同体积时
c平(H+)
c平(酸)
中和碱
的能力
与足量金属反应
产生H2的量
与金属反应
开始时速率
一元强酸
相同
小
小
少
相同
一元弱酸
大
大
多
【特别提醒】
(1)弱电解质的电离是微弱的,在溶液中主要以弱电解质分子的形式存在。
(2)电离平衡发生正向移动,弱电解质的电离程度不一定增大,如醋酸溶液中加冰醋酸。
(3)多元弱酸分步电离,电离常数逐渐减小,上一步电离产生的H+对下一步的电离起到抑制作用。
(4)弱电解质溶液加水稀释,电离程度增大,但是弱电解质电离出的离子浓度却不是增大,而是减小的。
考法03 电离常数的应用
【典例3】(2022·全国乙卷)常温下,一元酸HA的Ka(HA)=1.0×10-3。在某体系中,H+与A-离子不能穿过隔膜,未电离的HA可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中c总(HA)=c(HA)+c(A-),当达到平衡时,下列叙述正确的是( )。
A.溶液Ⅰ中c(H+)=c(OH-)+c(A-)
B.溶液Ⅱ中的HA的电离度[]为
C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等
D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c总(HA)之比为10-4
【知识拓展】电离平衡常数的应用
1.比较弱酸的酸性强弱
(1)相同条件下,K值越大,电离程度越大,酸性越强。
(2)酸性越强,越容易电离;其相应的酸根离子结合H+越困难,碱性越弱。
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数
/(mol·L-1)
1.7×10-5
Ka1=4.2×10-7
Ka2=5.6×10-11
4.7×10-8
①酸性强弱顺序:CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO3-
②结合H+的能力:CH3COO-<HCO3-<ClO-<CO32-
2.判断复分解反应能否进行
(1)规则:相对强的酸(碱)制取相对弱的酸(碱)
(2)Na2CO3溶液中加入过量次氯酸
①满足“强酸(HClO)制弱酸(HCO3-)”原理:Na2CO3+HClONaHCO3+NaClO
②不满足“强酸(HClO)制弱酸(H2CO3)”原理:Na2CO3+2HClONaHCO3+CO2↑+H2O
3.判断粒子浓度比值的变化
(1)适用范围:分子、分母等变大或变小
(2)常用方法:分子和分母同乘以某个相同的量,尽可能转化成含平衡常数的代数式
(3)应用举例:加水稀释弱酸HA溶液,c平(H+)、c平(A-)、c平(HA)减小,不容易判断变化趋势
①变形:==
②判断:稀释时Ka(HA)不变,c平(H+)减小,则变大
4.计算电离度(α)
(1)方法:“三段式”:假设酸的起始浓度为c,电离度为α:
HA
H+
+
A-
起始mol/L
c
0
0
变化mol/L
cα
cα
cα
平衡mol/L
c-cα
cα
cα
(2)忽略:一般认为c-cα≈c(电离常数很小)
(3)将相关数据代入平衡常数表达式:Ka==≈=cα2
(4)常用公式
①一元弱酸:c平(H+)=cα=c×=
②一元弱碱:c平(OH-)=cα=c×=
【特别提醒】
(1)电离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)电离常数除了可以比较弱电解质的电离能力外,还能定量判断电离平衡的移动方向。
(3)在运用电离常数表达式进行计算时,浓度必须是平衡时的浓度。
分层提分
题组A 基础过关练
1.(2021·泰安高二检测)下列有关“电离平衡”的叙述中正确的是( )。
A.电解质在溶液里达到电离平衡时,分子的浓度和离子的浓度相等
B.达到电离平衡时,由于分子和离子的浓度不再发生变化,所以说电离平衡是静态平衡
C.电离平衡是相对的、暂时的,反应条件改变时,平衡可能会发生移动
D.电解质达到电离平衡后,各离子的浓度相等
2.室温下,下列事实不能说明NH3·H2O为弱电解质的是( )。
A.0.1mol·L-1氨水能使无色酚酞溶液变红色
B.0.1mol·L-1氨水pH小于0.1mol·L-1NaOH溶液的pH
C.0.1mol·L-1NaOH溶液的导电能力比0.1mol·L-1氨水的导电能力强
D.0.1mol·L-1氨水的pH小于13
3.表示正确的HF的电离平衡常数表达式是( )。
A.c平(H+) B.Ka(HF)
C. D.
4.(2021·合肥高二检测)一元弱酸HA(aq)中存在下列电离平衡:HAA-+H+。将1.0molHA加入1.0L水中,如图中,表示溶液中HA、H+、A-的物质的量浓度随时间而变化的曲线正确的是( )。
5.在HNO2溶液中存在如下平衡:HNO2H++NO2-,向该溶液中加入少量的下列物质后,能使电离平衡向右移动的是( )。
A.NaOH溶液 B.硫酸溶液
C.NaNO2溶液 D.NaHSO4溶液
6.(2021·安庆高二检测)0.10mol·L-1HA溶液中有1%的HA电离,则HA的电离平衡常数Ka为( )。
A.1.0×10-5 B.1.0×10-7
C.1.0×10-8 D.1.0×10-9
7.A物质的化学式为M(OH)2,将其溶于水制成稀溶液,该溶液呈中性,在溶液中存在:M2++2OH-M(OH)22H++MO22-。回答以下题目一律用“增大”“减小”“不变”填空:
(1)在其他条件不变的情况下,25℃时,在蒸馏水中加入A物质后,与加入前比较:由水电离出的c(OH-)_______,c(H+)_______,水的电离度_______,Kw_______。
(2)25℃时,向A的稀溶液中加入少量的烧碱固体,则水的电离度_______,溶液的pH_______。
(3)室温下,甲、乙两瓶氨水的浓度分别为1mol/L和0.1mol/L,则甲、乙两瓶氨水中c(OH-)之比为_______10(填大于、等于或小于)。
8.氨水的主要成分是NH3·H2O,已知在25℃时,氨水中NH3·H2O的电离常数Kb=1.8×10-5mol·L-1,回答下列问题:
(1)氨水中NH3·H2O的电离常数表达式Kb=________。
(2)当向该氨水中加入一定量的NaOH溶液时,Kb值________。
(3)若该氨水的起始浓度为0.01mol·L-1,则达到电离平衡时溶液中OH-的物质的量浓度是________。
题组B 能力提升练
1.(2021·镇江高二检测)已知7.2×10-4mol·L-1、4.6×10-4mol·L-1、4.9×10-10mol·L-1分别是三种酸的电离平衡常数的值。若这三种酸可发生如下反应:
①NaCN+HNO2HCN+NaNO2
②NaCN+HFHCN+NaF
③NaNO2+HFHNO2+NaF
则下列叙述中不正确的是( )。
A.HF的电离平衡常数为7.2×10-4mol·L-1
B.HNO2的电离平衡常数为4.9×10-10mol·L-1
C.根据①③两个反应即可知三种酸的相对强弱
D.HNO2的电离平衡常数比HCN的大,比HF的小
2.已知:H2CO3H++HCO3-,K1=4.3×10-7;HCO3-H++CO32-,K2=5.6×10-11;HClOH++ClO-,K=3.0×10-8,根据上述电离常数分析,下列各式中错误的是( )。
A.Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO
B.Ca(ClO)2+H2O+CO2=CaCO3↓+2HClO
C.NaClO+H2O+CO2=NaHCO3+HClO
D.2NaClO+H2O+CO2=Na2CO3+2HClO
3.(2021·郴州高二检测)pH相等的盐酸(甲)和醋酸(乙),分别与锌反应,若最后锌已全部溶解且放出气体一样多,则下列说法正确的是( )。
A.反应开始时的速率:甲>乙
B.反应结束时,c平(H+):甲=乙
C.反应开始时,酸的物质的量浓度:甲=乙
D.反应所需时间:甲>乙
4.(2022·浙江6月选考)关于反应Cl2(g)+H2O(l)H+(aq)+Cl-(aq)+HClO(aq)△H<0,达到平衡后,下列说法不正确的是( )。
A.升高温度,氯水中的c(HClO)减小
B.氯水中加入少量醋酸钠固体,上述平衡正向移动,c(HClO)增大
C.取氯水稀释,增大
D.取两份氯水,分别滴加AgNO3溶液和淀粉KI溶液,若前者有白色沉淀,后者溶液变蓝色,可以证明上述反应存在限度
5.(双选)某温度下,相同pH的氨水和氢氧化钠溶液分别加水稀释,溶液pH随溶液体积变化的曲线如图所示。据图判断正确的是( )。
A.Ⅰ为氨水稀释时的pH变化曲线
B.a、b、c三点溶液的导电性:c>b=a
C.a、b、c三点溶液中水的电离程度:c=b>a
D.用相同浓度的盐酸分别与等体积的b、c处溶液恰好完全反应,消耗盐酸的体积:Vb=Vc
6.(双选)已知室温时,0.1mol·L-1某一元酸HA在水中有0.1%发生电离,下列叙述错误的是( )。
A.该溶液的pH=4
B.升高温度,溶液的pH增大
C.此酸的电离平衡常数约为1×10-6mol·L-1
D.由HA电离出的c酸(H+)约为水电离出的c水(H+)的106倍
7.25℃时,几种酸的电离平衡常数见下表:
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数
1.7×10-5mol·L-1
K1=4.2×10-7mol·L-1
K2=5.6×10-11mol·L-1
4.7×10-8mol·L-1
回答下列问题:
(1)下列四种离子结合质子的能力由大到小的顺序是________;(填编号)
A.CO32- B.ClO- C.CH3COO- D.HCO3-
(2)下列反应不能发生的是________;
A.CO32-+2CH3COOH2CH3COO-+CO2↑+H2O
B.ClO-+CH3COOHCH3COO-+HClO
C.CO32-+2HClOCO2↑+H2O+2ClO-
D.2ClO-+CO2+H2OCO32-+2HClO
(3)用蒸馏水稀释0.10mol·L-1的醋酸溶液,则下列各式表示的数值随水量的增加而增大的是________;
A. B.
C. D.
(4)将体积均为10mLpH=2的醋酸溶液与一元酸HX的溶液分别加水稀释至1000mL,稀释过程中溶液pH的变化如图所示,则HX的电离平衡常数______(填“大于”“等于”或“小于”,下同)醋酸的平衡常数,稀释后,HX溶液中水电离出来的c水(H+)________醋酸溶液中水电离出来的c水(H+)。
8.(2021·南京高二检测)联氨是一种应用广泛的化工原料,分子式为N2H4,是各种大型电厂锅炉循环用水的化学除氧剂。并具有很高的燃烧热,可用作火箭和燃料电池的燃料。在联氨的分子中,由于有两个亲核的氮和四个可供置换的氢(H2N-NH2),可以合成各种衍生物,其中包括塑料发泡剂、抗氧剂、各种聚合物、农药、除草剂和药品等。被越来越多地应用于航天、化工、制药等领域。
(1)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为________(已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为________。
(2)氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料,回答下列问题:氨的水溶液显弱碱性,其原因为____________________________________________(用离子方程式表示),0.1mol·L-1的氨水中加入少量的NH4Cl固体,溶液的pH______________(填“升高”或“降低”);若加入少量的明矾,溶液中的NH4+的浓度________(填“增大”或“减小”)。
(3)25℃,两种酸的电离平衡常数如下表。
Ka1
Ka2
H2SO3
1.3×10-2
6.3×10-8
H2CO3
4.2×10-7
5.6×10-11
①HSO3-的电离平衡常数表达式K=________。
②H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要离子方程式为_________________。
题组C 培优拔尖练
1.(2021·双鸭山高二检测)室温下向10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液中加水稀释后,下列说法正确的是( )。
A.溶液中导电离子的数目减小
B.溶液中不变
C.醋酸的电离程度增大,c平(H+)也增大
D.醋酸的电离常数K随醋酸浓度减小而减小
2.电离度是描述弱电解质电离程度的物理量,电离度=×100%。现取20mLc(H+)=1×10-3mol·L-1的CH3COOH溶液,加入0.2mol·L-1的氨水,测得溶液导电性的变化如图所示,则加入氨水前CH3COOH的电离度为( )。
A.0.5% B.1.5% C.0.1% D.1%
3.(双选)常温下有体积相同的四种溶液:①pH=3的CH3COOH溶液;②pH=3的盐酸;③pH=11的氨水;④pH=11的NaOH溶液。下列说法正确的是( )。
A.若将四种溶液稀释100倍,则溶液pH大小顺序:③>④>①>②
B.③和④分别用等浓度的硫酸溶液中和,消耗硫酸溶液的体积:③>④
C.①与②分别与足量镁粉反应,生成H2的量:①<②
D.②和③混合,所得混合溶液的pH大于7
4.(2021~2022湖北十堰高二上学期期末)向体积均为1 L,pH均等于2的盐酸和醋酸(HAc)中,分别投入0.28g铁粉,则下图中的曲线符合反应事实的是( )。
5.(2021~2022福建漳州高二上学期期末)某化学兴趣小组的同学通过实验比较等体积(200mL)0.55mol/L硫酸、1.1mol/L盐酸、1.1mol/L醋酸分别与过量金属反应生成氢气的速率请你协助完成如下实验,并回答相关问题。
(1)实验用品:仪器(略)、药品(除给定的三种酸溶液外,在Na、Mg、Fe三种金属中选择最合适的一种,并说明理由)。选择的金属是________________,不选其它两种金属的理由是________________________________。
(2)实验原理:(用离子方程式表示)________________________________。
(3)甲同学设计的实验装置,乙同学认为该装置不能控制三个反应在同一时间发生,并作了相应的改进。你认为乙同学改进的措施是:__________________。
(4)按改进后的装置进行实验,实验中HCl与金属反应产生H2质量随时间变化的关系见下图:
计算实验在80~120s范围内HCl的平均反应速率为___________(忽略溶液体积变化)。
(5)请在答题卡的框图中,画出HAc、H2SO4与金属反应产生H2质量随时间变化关系的预期结果示意图。
(6)量筒的规格由________决定。
(7)对盐酸和醋酸反应图象的异同,你的解释是_______________________________
________________________________________________________________。
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