高中化学鲁科版选择性必修1课件第3章第2节第1课时弱电解质的电离平衡

第1课时弱电解质的电离平衡第3章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.了解弱电解质的电离平衡常数和电离平衡常数与电离程度的关系,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。2.理解影响弱电解质电离平衡的因素及对电离平衡移动的影响,培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。3.了解常见弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱,培养科学探究与创新意识。课前篇素养初探一、电离平衡常数1.弱电解质的电离平衡(1)定义:在一定条件(如温度、浓度)下,当弱电解质分子电离出离子的速率与离子结合成分子的速率相等时,电离过程就达到了平衡状态,叫做电离平衡。(2)特点:电离平衡是动态平衡,服从化学平衡的一般规律。必备知识2.电离平衡常数(1)定义:在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离生成的各种离子的浓度(次方)的乘积与溶液中未电离的分子的浓度之比是一个常数,这个常数称为电离平衡常数,简称电离常数。电离常数服从化学平衡常数的一般规律。(2)表达式(弱酸电离常数通常用Ka表示,弱碱电离常数通常用Kb表示):多元弱酸的电离是分步进行的,每一步电离都有各自的电离常数,通常用Ka1、Ka2……来表示,Ka1≫Ka2,即以第一步电离为主。(3)意义:电离常数表征了弱电解质的电离能力,根据相同温度下电离常数的大小可判断弱电解质电离能力的相对强弱。(4)影响因素。同一弱电解质,电离常数K的大小只与温度有关,与浓度无关,温度升高时,电离常数增大。3.电离度(1)定义:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,已电离的溶质的分子数占原有溶质分子总数的百分率。通常用α表示。(3)影响因素:弱电解质的电离度除了与温度有关外,还与溶液的浓度有关,一般而言,浓度越大,电离度越小;浓度越小,电离度越大。二、影响电离平衡的因素1.弱电解质电离程度的大小主要是由电解质本身的性质决定的。2.外界条件对弱电解质电离平衡的影响因素影响结果温度升高温度,电离平衡正向移动浓度加水稀释,电离平衡正向移动外加物质加入与弱电解质电离出的离子相同的离子,电离平衡逆向移动(同离子效应)加入与弱电解质电离出的离子反应的离子,电离平衡正向移动正误判断判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)当CH3COOH在水溶液中达到电离平衡时:c平(CH3COOH)=c平(H+)=c平(CH3COO-)。(

)(2)向氨水中滴加酚酞溶液变红色,说明NH3·H2O是弱电解质。(

)(3)相同温度下,Ka(HF)>Ka(CH3COOH),说明酸性:HF>CH3COOH。(

)(4)0.1mol·L-1某一元酸HA溶液的pH=3,HA溶液中存在:HA==H++A-。(

)(5)温度不变,向CH3COOH溶液中加入CH3COONa,平衡左移。(

)(6)相同条件下,电离平衡常数(K)越小,表示弱电解质电离能力越弱。(

)(7)不同浓度的同一弱电解质,其电离平衡常数(K)不同。(

)(8)电离平衡右移,电离平衡常数一定增大。(

)答案(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)√

(6)√(7)×

(8)×课堂篇素养提升探究一电离平衡常数问题探究弱酸酸性强弱的比较:醋酸、碳酸、次氯酸的电离常数分别是:1.7×10-5mol·L-1、4.4×10-7mol·L-1(第一步电离)和4.7×10-8mol·L-1。1.上述实验中你能观察到什么现象?提示锥形瓶中大理石溶解,有无色气泡产生,试管内澄清溶液变浑浊。2.由电离常数和实验现象,能得出哪些结论?提示(1)相同条件下,弱酸的电离常数越大,酸性越强;(2)三种酸由弱到强的顺序是:次氯酸、碳酸、醋酸;(3)弱酸能与更弱酸的盐反应制取更弱的酸。深化拓展1.电离平衡常数的应用(1)根据电离平衡常数可以判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离平衡常数越大,酸性(或碱性)越强。(3)根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。给弱电解质加水稀释时,能促进弱电解质的电离,溶液中离子和分子的浓度会发生相应的变化,但温度不变时电离常数不变,题目中经常利用电离常数来判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。如把0.1mol·L-1CH3COOH溶液(4)判断复分解反应能否发生,一般符合“强酸制弱酸”的规律,如25℃时,Ka(HCOOH)=1.77×10-4mol·L-1,Ka(HCN)=4.9×10-10mol·L-1,故知HCOOH+NaCN==HCN+HCOONa。2.有关电离平衡常数的计算模板(以弱酸HX为例)(1)已知c始(HX)和c平(H+),求电离平衡常数:

HX

H+

+

X-起始: c始(HX) 0

0平衡: c始(HX)-c平(H+) c平(H+) c平(X-)由于弱酸只有极少一部分电离,c平(H+)的数值很小,可做近似处理:c始(HX)-c平(H+)≈c始(HX)。(2)已知c始(HX)和电离平衡常数,求c平(H+):

HX

H+

+

X-起始: c始(HX) 0

0平衡: c始(HX)-c平(H+) c平(H+) c平(X-)素能应用典例1已知常温下碳酸、亚硫酸、次氯酸的电离平衡常数如下表:H2CO3H2SO3HClOKa1=4.30×10-7

mol·L-1Ka1=1.54×10-2

mol·L-1Ka=2.95×10-8

mol·L-1Ka2=5.61×10-11

mol·L-1Ka2=1.02×10-7

mol·L-1

下列说法正确的是(

)A.相同条件下,同浓度的H2SO3溶液和H2CO3溶液的酸性,后者更强D.向氯水中分别加入等浓度的NaHCO3和NaHSO3溶液,均可提高氯水中HClO的浓度答案B小于H2CO3的Ka1,但大于其Ka2,因此HClO不能与NaHCO3反应,但HCl是强酸,能与NaHCO3反应,使c平(HCl)减小,促进化学平衡Cl2+H2OHCl+HClO正向移动,从而提高HClO的浓度;尽管HClO的Ka=2.95×10-8

mol·L-1小于H2SO3的Ka1=1.54×10-2

mol·L-1,也小于H2SO3的Ka2=1.02×10-7

mol·L-1,只是说明NaHSO3不能与HClO发生复分解反应,但HClO具有氧化性,NaHSO3具有还原性,二者能够发生氧化还原反应,所以加入NaHSO3溶液不能提高HClO的浓度,故D项错误。易错警示

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。变式训练1-1(双选)下列说法正确的是(

)A.电离常数不受溶液浓度的影响B.电离常数可以表示弱电解质的相对强弱C.Ka大的酸溶液中c平(H+)一定比Ka小的酸溶液中的c平(H+)大答案AB解析电离平衡常数是与温度有关的函数,与溶液浓度无关,故A项正确;酸中c平(H+)既跟酸的电离常数有关,也跟酸的浓度有关,故C项错误;碳酸是分步变式训练1-2下列关于电离平衡常数的说法中正确的是(

)A.电离平衡常数越小,表示弱电解质电离能力越弱B.电离平衡常数与温度无关C.不同浓度的同一弱电解质,其电离平衡常数不同D.三元弱酸各步电离平衡常数相互关系为:Ka1<Ka2<Ka3答案A解析相同条件下电离常数越大,酸的电离程度越大,所以相同条件下,电离平衡常数越小,表示弱电解质的电离能力越弱,故A正确;电离平衡常数与温度有关,随温度的升高而增大,故B错误;电离平衡常数与温度有关,不随浓度的变化而变化,故C错误;三元弱酸分步电离,电离程度依次减小,所以多元弱酸各步电离平衡常数相互关系为Ka1>Ka2>Ka3,故D错误。探究二外界条件对弱电解质电离的影响问题探究1.要促进CH3COOH的电离并使溶液pH增大,可采取哪些措施?提示要促进CH3COOH电离即平衡向右移动,pH增大即c平(H+)减小,因此采取的措施应是c平(H+)减小引起的平衡右移。故加水稀释、加入Na2CO3固体、加入NaOH、加入Zn等活泼金属,都能促进醋酸电离,且使溶液pH增大。2.溶解冰醋酸并不断稀释的过程中,用图示表示溶液中c平(H+)随加水量的变化关系。提示开始加水时,电离平衡向右移动,H+数目增多,H+浓度增大;离子浓度增大到最大后再加水稀释,电离平衡依旧向右移动,H+数目增多,电离程度增大,但c平(H+)减小,溶液导电能力减弱。深化拓展电离平衡属于化学平衡之一,可用化学平衡移动原理分析电离平衡。以0.1mol·L-1CH3COOH溶液中CH3COOH的电离[CH3COOHCH3COO-+H+(正向吸热)]为例。改变条件平衡移动方向n(H+)c平(H+)c平(CH3COO-)c平(CH3COOH)电离程度(α)导电能力Ka加水稀释向右增大减小减小减小增大减弱不变加入少量冰醋酸向右增大增大增大增大减小增强不变改变条件平衡移动方向n(H+)c平(H+)c平(CH3COO-)c平(CH3COOH)电离程度(α)导电能力Ka加HCl(g)向左增大增大减小增大减小增强不变加NaOH(s)向右减小减小增大减小增大增强不变加入CH3COONa(s)向左减小减小增大增大减小增强不变加入镁粉向右减小减小增大减小增大增强不变升高温度向右增大增大增大减小增大增强增大素能应用典例2常温下向10mL0.1mol·L-1氨水中缓缓加蒸馏水稀释到1L后,下列变化中正确的是(

)①电离程度增大②c平(H+)增大③导电性增强④

不变

⑤OH-数目增大,H+数目减小⑥pH增大⑦c平(H+)与c平(OH-)的乘积减小A.①②④

B.①⑤⑥C.除②外都正确 D.①④⑤⑥⑦答案A解析①因加水促进弱电解质的电离,则NH3·H2O的电离程度增大,故①正确;②加水时氨水碱性减弱,即c平(OH-)减小,但水的离子积KW=c平(H+)·c平(OH-)不变,所以c平(H+)增大,故②正确;加水稀释时溶液中导电离子总浓度减小,则导电性减弱,故③错误;④加水稀释时溶液温度不变,所以电离平衡常数也不变,即

不变,故④正确;⑤随着溶液的稀释,NH3·H2O的电离平衡向正向移动,电离程度增大,OH-数量在增大,但浓度在减小,对水的电离抑制作用减弱,氢离子的数量在增加,浓度增大,故⑤不正确;⑥c平(H+)增大,则pH减小,故⑥错误;⑦温度不变,则水的离子积不变,即c平(H+)与c平(OH-)的乘积不变,故⑦错误。易错警示

(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。变式训练2-1已知0.1mol·L-1的醋酸溶液中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,要使溶液中

值增大,可以采取的措施是(

)①加少量烧碱固体②升高温度③加少量冰醋酸④加水⑤加少量醋酸钠固体A.①②

B.②③⑤C.③④⑤ D.②④答案D答案AB解析加入NaOH固体,OH-与HCN电离产生的H+反应,平衡正向移动,A项正确;加水稀释,平衡正向移动,B项正确;滴加少量

mol·L-1的HCl溶液,c平(H+)增大,C项错误;加入少量NaCN固体,c平(CN-)增大,平衡逆向移动,D项错误。探究三强酸与弱酸的比较及判断电解质强弱的方法问题探究HCl与CH3COOH溶液酸性强弱的比较:1.将表面积相同的两粒锌粒分别加入相同浓度的HCl、CH3COOH溶液中,产生H2的速率相同吗?为什么?提示不相同。因为HCl在溶液中全部电离,而CH3COOH在溶液中部分电离,前者c平(H+)比后者大,因此前者产生H2的速率比后者快。2.若取pH相同、体积相同的盐酸与CH3COOH溶液做相同的实验(已知锌足量),两者反应过程中产生H2的量谁更大?提示CH3COOH溶液产生H2的量大。深化拓展1.等物质的量浓度、等pH的强酸与弱酸的比较

条件等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b)等pH的盐酸(a)与醋酸(b)pH或物质的量浓度pH:a<b物质的量浓度:a<b溶液导电性a>ba=b水的电离程度a<ba=bc平(Cl-)与c平(CH3COO-)c平(Cl-)>c平(CH3COO-)c平(Cl-)=c平(CH3COO-)等体积溶液中和NaOH的量a=ba<b分别加该酸的钠盐(s)后的pHa:不变b:变大a:不变b:变大开始与金属反应的速率a>ba=b等体积溶液与金属反应产生H2的量a=ba<b2.判断电解质强弱的方法(1)在相同浓度、相同温度下,与强电解质溶液进行导电性对比实验,导电性弱的为弱电解质。(2)在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的快慢,如将锌粒投入到等浓度的盐酸和醋酸中,反应速率前者比后者快,说明醋酸是弱酸。(3)浓度与pH的关系,如0.01mol·L-1醋酸溶液的pH>2,说明醋酸是弱酸。(4)测对应盐溶液的酸碱性。如CH3COONa溶液呈碱性,则证明醋酸是弱酸。(5)稀释前后的pH与稀释倍数的变化关系。如将pH=2的酸溶液稀释到体积为原来的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。(6)采用实验证明存在电离平衡。如醋酸溶液中滴入石蕊溶液变红,再加CH3COONH4晶体,颜色变浅,说明醋酸是弱酸。(7)相同pH的两种酸溶液,分别加入对应酸的钠盐固体,溶液的pH增大的是弱酸,pH几乎不变的是强酸。(8)pH相同、体积相同的两种酸与同一种碱反应时,消耗碱多的为弱酸。素能应用典例3下列叙述不正确的是(

)相等、体积相等的盐酸和醋酸加水稀释到体积为原来的10倍,前者的pH大于后者B.用pH相等、体积相等的盐酸和醋酸分别中和0.1mol·L-1的NaOH溶液,恰好完全中和时消耗NaOH溶液体积相等C.等浓度、等体积的盐酸和醋酸与足量的锌粉反应,开始时前者产生H2的速率前者大于后者,最终产生H2的量相等D.等浓度、等体积的盐酸和醋酸分别中和0.1mol·L-1的NaOH溶液,完全中和时消耗NaOH溶液体积相等答案B解析pH相等、体积相等的盐酸和醋酸分别加水稀释到体积为原来的10倍后,由于醋酸是弱酸,稀释过程中电离程度变大,稀释后醋酸的酸性强,pH小,A正确;pH相等、体积相等的盐酸和醋酸,由于醋酸是弱酸,浓度比盐酸大,在和盐酸体积相同时,消耗NaOH溶液体积大,B不正确;等浓度、等体积的盐酸和醋酸与足量的锌粉反应,由于醋酸是弱酸,开始时H+的浓度小,开始时醋酸产生H2的速率小,但是由于二者浓度相等,所以最终产生H2的量相等,C正确;浓度相等、体积相等,则物质的量就相等,完全中和时二者消耗的同浓度的NaOH溶液体积相等,D正确。规律方法

pH相等的强酸(如盐酸)、弱酸(如醋酸),只能说明两溶液中H+的浓度相等,而由于弱酸不完全电离,故弱酸能够提供的H+总数远远大于强酸的。如在pH相等、溶液体积也相等时,若活泼金属(如锌)过量时,弱酸产生的气体体积总量大于强酸的,或与碱溶液(如NaOH溶液)反应时,中和能力弱酸大于强酸;另外在与活泼金属反应时,开始反应速率相等,之后过程中弱酸产生气体的速率大。变式训练3-1下列关于盐酸与醋酸两种稀溶液的说法正确的是(

)A.相同浓度的两溶液中c平(H+)相同B.100mL0.1mol·L-1的两溶液能中和等物质的量的氢氧化钠C.pH=3的两溶液稀释到体积为原来的100倍,pH都为5D.两溶液中分别加入少量对应的钠盐,c平(H+)均明显减少答案B解析因为盐酸是强酸,完全电离:HCl==H++Cl-,醋酸是弱酸,部分电离:CH3COOHCH3COO-+H+。相同浓度的两溶液中,盐酸中c平(H+)远大于醋酸中c平(H+)。100

mL

mol·L-1的盐酸和醋酸都能中和

mol的NaOH,B正确。pH=3的盐酸稀释到体积为原来的100倍后溶液的pH=5,而pH=3的CH3COOH稀释到体积为原来的100倍后,溶液的pH范围是3<pH<5,因为加水又促进了CH3COOH的电离。盐酸中加入少量NaCl,c平(H+)不变,而CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa后,c平(CH3COO-)增大,CH3COOH的电离平衡向左移动,c平(H+)减小,pH增大。变式训练3-2甲酸的下列性质中可以证明它是弱电解质的是(

)A.1mol·L-1的甲酸溶液的c平(H+)约为0.01mol·L-1B.甲酸与水以任意比例互溶C.10mL1mol·L-1甲酸恰好与10mL1mol·L-1NaOH溶液完全反应D.用甲酸溶液做导电实验,灯泡很暗答案A解析如果甲酸为强酸,将完全电离,则在1

mol·L-1溶液中H+的浓度应为1

mol·L-1,而题目中H+的浓度约为

mol·L-1远小于1

mol·L-1,说明甲酸只部分电离,甲酸是弱电解质,A正确;甲酸在水中的溶解性与酸性强弱无关,B错误;因强酸、弱酸都能与碱按化学方程式中的系数比进行定量反应,不能说明酸性的强弱,C错误;由于没有指明甲酸的浓度,也没有相应的对比实验,所以无法证明甲酸是弱电解质,D错误。素养脉络随堂检测1.在0.1mol·L-1CH3COOH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.温度升高,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0.1mol·L-1HCl溶液,溶液中c平(H+)减小D.加入少量醋酸钠固体,CH3COOH的电离程度增大答案B解析弱电解质的电离是吸热的过程,故温度升高,平衡正向移动,A项错误;加入少量NaOH固体,溶液中c平(H+)减小,平衡正向移动,B项正确;加入少量

mol·L-1

HCl溶液,溶液中c平(H+)增大,平衡逆向移动,C项错误;加入少量醋酸钠固体,平衡逆向移动,CH3COOH的电离程度减小,D项错误。2.下列曲线中,可以描述乙酸(甲,Ka=1.8×10-5mol·L-1)和一氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3mol·L-1)