新教材高中化學(xué)專題3溶液中的離子反應(yīng)第1單元能力課時(shí)7弱電解質(zhì)的電離平衡學(xué)案蘇教版選擇性必修

弱電解質(zhì)的電離平衡探究任務(wù)1．強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的比較與判斷。2．弱電解質(zhì)的電離平衡及其移動(dòng)。3．電離平衡常數(shù)與電離度。強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的比較與判斷弱電解質(zhì)的判斷方法要證明某電解質(zhì)是弱電解質(zhì)，關(guān)鍵在于一個(gè)“弱”字，即證明它只是部分電離或其溶液中存在電離平衡。以一元弱酸HA為例，證明它是弱電解質(zhì)的常用方法有：(1)酸溶液中c(H＋)的大小0．1mol·L－1HA溶液中c(H＋)＜0.1mol·L－1；將c(H＋)＝1×10－2mol·L－1的HA溶液稀釋100倍，稀釋后溶液中1×10－4mol·L－1＜c(H＋)＜1×10－2mol·L－1(2)溶液導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱0．1mol·L－1HCl溶液和0.1mol·L－1HA(3)與活潑金屬反應(yīng)速率的大小相同物質(zhì)的量濃度的HCl溶液和HA溶液，與(形狀、顆粒大小)相同的活潑金屬反應(yīng)，前者的反應(yīng)速率大。(4)典型化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳通入NaA溶液中有HA生成，或HA溶液與NaHCO3溶液不反應(yīng)。甲酸(HCOOH)是一種一元弱酸，下列性質(zhì)中可以證明它是弱電解質(zhì)的是()A．常溫下，1mol·L－1甲酸溶液中的c(H＋)約為1×10－2mol·L－1B．甲酸能與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳C．10mL1mol·L－1甲酸溶液恰好與10mL1mol·L－1NaOH溶液完全反應(yīng)D．甲酸溶液與鋅反應(yīng)比強(qiáng)酸溶液與鋅反應(yīng)緩慢A[1mol·L－1甲酸溶液中c(H＋)＝1×10－2mol·L－1，說明甲酸部分電離，所以能證明甲酸是弱電解質(zhì)，故A正確；甲酸能與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳說明甲酸酸性強(qiáng)于碳酸，但不能說明甲酸為弱電解質(zhì)，故B錯(cuò)誤；10mL1mol·L－1甲酸溶液恰好與10mL1mol·L－1NaOH溶液完全反應(yīng)，說明甲酸是一元酸，不能證明甲酸是弱電解質(zhì)，故C錯(cuò)誤；甲酸和強(qiáng)酸溶液中氫離子濃度大小未知，不能證明甲酸是弱電解質(zhì)，故D錯(cuò)誤。]1．下列事實(shí)能證明HNO2是弱電解質(zhì)的是()①HNO2溶液中存在HNO2分子②用HNO2作導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)，燈光較暗③HNO2是共價(jià)化合物④HNO2不與氯化鈉反應(yīng)⑤常溫下，0.1mol·L－1HNO2溶液的c(H＋)為7.1×10－3mol·L－1⑥相同條件下，HNO2溶液的導(dǎo)電能力比鹽酸的弱A．①②③④⑤ B．②③C．⑤⑥ D．③④⑤C[非電解質(zhì)的溶液中也存在分子，①不能證明；很稀的強(qiáng)電解質(zhì)溶液由于離子濃度較小，導(dǎo)電能力也很弱，②不能證明；具有強(qiáng)極性鍵的共價(jià)化合物(如HCl)屬于強(qiáng)電解質(zhì)，③不能證明；如果HNO2是強(qiáng)酸，則HNO2也不與氯化鈉反應(yīng)，④不能證明；0.1mol·L－1HNO2溶液的c(H＋)為7.1×10－3mol·L－1，說明HNO2沒有完全電離，屬于弱電解質(zhì)，⑤能證明；相同條件下，強(qiáng)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力強(qiáng)于弱電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力，⑥能證明。綜上所述，C項(xiàng)正確。]2．某化學(xué)興趣小組為比較稀鹽酸和稀CH3COOH溶液酸性的相對(duì)強(qiáng)弱，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(夾持儀器已略去)。實(shí)驗(yàn)方案：在兩試管中分別加入過量鎂條，同時(shí)將兩注射器中的溶液注入相應(yīng)試管中，觀察產(chǎn)生氫氣的速率和體積。請(qǐng)回答下列問題：(1)在上述實(shí)驗(yàn)方案中有一明顯缺陷，該缺陷是_____________。(2)在缺陷已經(jīng)得到改正的前提下，反應(yīng)起始時(shí)________________(填“a”或“b”)中產(chǎn)生氫氣的速率較快；最終產(chǎn)生氫氣的體積____________(填“相等”或“不相等”)。(3)最終發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生氫氣的體積比理論值大，可能原因是_____________________________________________________。(4)通過比較起始反應(yīng)速率可得出的結(jié)論是_______________________________________________________________________。[解析](1)題干中沒有指明實(shí)驗(yàn)所用稀鹽酸與稀CH3COOH溶液的物質(zhì)的量濃度相等，因此無法通過觀察產(chǎn)生氫氣的速率和體積判斷兩種酸的酸性的相對(duì)強(qiáng)弱。(2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)所用兩種酸的物質(zhì)的量濃度相等時(shí)，兩種酸的物質(zhì)的量相等，與過量鎂條反應(yīng)放出氫氣的體積相等；但HCl是強(qiáng)電解質(zhì)，等物質(zhì)的量濃度的鹽酸中的c(H＋)大于CH3COOH溶液中的c(H＋)，故反應(yīng)起始時(shí)，a中產(chǎn)生氫氣的速率較快。(3)鎂在加熱條件下能夠與水反應(yīng)，故金屬與酸反應(yīng)放熱，導(dǎo)致過量的鎂與水反應(yīng)產(chǎn)生部分氫氣。(4)通過比較起始反應(yīng)速率可知，等物質(zhì)的量濃度的稀鹽酸的酸性強(qiáng)于稀CH3COOH溶液的酸性。[答案](1)沒有說明兩種酸的物質(zhì)的量濃度相等(2)a相等(3)反應(yīng)放熱，過量的鎂與水反應(yīng)產(chǎn)生了部分氫氣(4)等物質(zhì)的量濃度的稀鹽酸的酸性強(qiáng)于稀CH3COOH溶液的酸性弱電解質(zhì)的電離平衡及其移動(dòng)從定性和定量兩個(gè)角度分析電離平衡移動(dòng)1．從定性角度分析：用化學(xué)平衡理論分析弱電解質(zhì)的電離平衡問題時(shí)，考慮的主要因素有稀釋、改變溫度、加入能電離出相同離子的物質(zhì)等。在分析這類問題時(shí)，易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是認(rèn)為平衡移動(dòng)的方向和平衡混合物中各組分的濃度變化總一致。應(yīng)該深刻地理解勒夏特列原理：平衡向“削弱”這種改變的方向移動(dòng)，但移動(dòng)結(jié)果不能“抵消”這種改變。2．從定量角度分析：當(dāng)改變影響電離平衡的條件后分析兩種微粒濃度之比的變化時(shí)，若不能通過平衡移動(dòng)的方向作出判斷，應(yīng)采用電離平衡常數(shù)進(jìn)行定量分析。在0.1mol·L－1NH3·H2O溶液中存在如下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－。下列有關(guān)該溶液的敘述正確的是()A．向其中加入少量濃鹽酸，鹽酸與NH3反應(yīng)生成NH4Cl，使NH3濃度減小，NHeq\o\al(＋,4)濃度增大，平衡逆向移動(dòng)B．向其中加入少量NaOH固體，OH－與NHeq\o\al(＋,4)結(jié)合生成NH3·H2O，使NHeq\o\al(＋,4)濃度減小，平衡正向移動(dòng)C．向其中加入少量0.1mol·L－1NH4Cl溶液，電離平衡常數(shù)不變，溶液中c(OH－)減小D．向其中加入少量MgSO4固體，溶液中c(OH－)增大C[A項(xiàng)，加入少量濃鹽酸，首先發(fā)生反應(yīng)H＋＋OH－=H2O，使OH－濃度減小，平衡正向移動(dòng)；B項(xiàng)，加入少量NaOH固體，使OH－濃度增大，平衡逆向移動(dòng)；C項(xiàng)，加入少量0.1mol·L－1NH4Cl溶液，使NHeq\o\al(＋,4)濃度增大，平衡逆向移動(dòng)，溶液中c(OH－)減?。籇項(xiàng)，加入少量MgSO4固體，發(fā)生反應(yīng)Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓，溶液中c(OH－)減小。]1．（雙選）水的電離平衡曲線如圖所示。下列說法正確的是()A．圖中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度關(guān)系為b＞c＞aB．純水僅升高溫度，可從a點(diǎn)變到c點(diǎn)C．水的離子積常數(shù)Kw數(shù)值大小關(guān)系為b＞c＞dD．在b點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下，0.5mol·L－1的H2SO4溶液與1mol·L－1的KOH溶液等體積混合，混合后c(H＋)＝1×10－7mol·L－1AC[水的電離是吸熱過程，溫度升高，水的離子積常數(shù)增大，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)得出的水的離子積常數(shù)Kw數(shù)值大小關(guān)系為b＞c＞a＝d，溫度關(guān)系為b＞c＞a＝d，A項(xiàng)、C項(xiàng)正確；若純水僅升高溫度，c(OH－)與c(H＋)都增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；b點(diǎn)的Kw＝1×10－12,0.5mol·L－1的H2SO4溶液與1mol·L－1的KOH溶液等體積混合，充分反應(yīng)后所得溶液顯中性，c(H＋)＝1×10－6mol·L－1，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．在0.1mol·L－1NH3·H2O溶液中存在如下電離平衡：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－。對(duì)于該平衡，下列敘述中不正確的是()A．加入水時(shí)，溶液中eq\f(cOH－,cNH3·H2O)增大B．加入少量NaOH固體，平衡逆向移動(dòng)，電離平衡常數(shù)不變C．加入少量0.1mol·L－1HCl溶液，溶液中c(OH－)增大D．降低溫度，溶液中c(NHeq\o\al(＋,4))減小C[加水能促進(jìn)NH3·H2O的電離，溶液中n(OH－)增大，而n(NH3·H2O)減小，即eq\f(cOH－,cNH3·H2O)增大，A項(xiàng)正確；加入NaOH固體，c(OH－)增大，平衡逆向移動(dòng)，但溫度不變，電離平衡常數(shù)不變，B項(xiàng)正確；加鹽酸促進(jìn)NH3·H2O電離，但OH－被中和，溶液中c(OH－)減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；降溫抑制電離，溶液中c(NHeq\o\al(＋,4))減小，D項(xiàng)正確。]電離平衡常數(shù)與電離度電離度和電離常數(shù)的計(jì)算及離子濃度的比較1．依據(jù)電離度計(jì)算溶液中的c(H＋)，一定溫度下，對(duì)于物質(zhì)的量濃度為c的一元弱酸，eq\f(cH＋,c)＝α，所以c(H＋)＝cα，這是計(jì)算c(H＋)的一個(gè)常用公式。2．依據(jù)電離常數(shù)計(jì)算溶液中的c(H＋)。由HAH＋＋A－起始c00平衡c－cαcαcα有Ka＝eq\f(cH＋·cA－,cHA)＝eq\f(c2α2,c1－α)。通常弱電解質(zhì)的電離度α較小，可作近似處理1－α≈1，則公式可簡化為Ka＝cα2，則α＝eq\r(\f(Ka,c))(即α與濃度成反比)，c(H＋)＝cα＝eq\r(Kac)。3．計(jì)算弱堿溶液中的c(OH－)的思路與1、2相似，可得公式c(OH－)＝eq\r(Kbc)＝cα。相同溫度下，一元弱酸HA溶液的濃度分別為c1和c2，溶液中H＋濃度分別為c1(H＋)和c2(H＋)。如果c1＝10c2，則c1(H＋)<10c2(H＋)，因?yàn)閑q\f(c1H＋,c2H＋)＝eq\f(c1α1,c2α2)＝10×eq\f(α1,α2)，而α1<α2(濃度大，電離度小)。如果c1(H＋)＝10c2(H＋)，則c1>10c2。如表所示是某溫度下測(cè)得某酸HA溶液的一些數(shù)據(jù)(平衡時(shí)HA的濃度可近似地看作原來溶液的濃度)。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)填空：溶液的濃度/(mol·L－1)電離度/%H＋濃度/(mol·L－1)電離常數(shù)2αc11.0×10－5cα2cK則c＝________；α＝________；c1＝________；K＝________。[解析]由電離常數(shù)的概念可知：eq\f(c\o\al(2,1),0.1)＝1.0×10－5，c1＝1.0×10－3，再由電離度概念得eq\f(c1,0.1)×100%＝eq\f(1.0×10－3,0.1)×100%＝2α%，α＝0.5；由于電離常數(shù)只與溫度有關(guān)，則K＝1.0×10－5，由表中第二行數(shù)據(jù)得eq\f(2c12,c)＝eq\f(2.0×10－32,c)＝1.0×10－5，c＝0.4。[答案]0.40.51.0×10－31.0×10－51．下列曲線中，可以描述乙酸(甲，Ka＝1.8×10－5)和一氯乙酸(乙，Ka＝1.4×10－3)在水中的電離度和濃度關(guān)系的是()ABCDB[根據(jù)甲、乙的電離平衡常數(shù)得，這兩種物質(zhì)都是弱電解質(zhì)，在溫度不變、濃度相等時(shí)，電離程度CH3COOH＜CH2ClCOOH，可以排除A、C；當(dāng)濃度增大時(shí)，物質(zhì)的電離程度減小，排除D選項(xiàng)，故B項(xiàng)正確。]2．在25℃時(shí)，在0.5L0.2mol·L－1的HA溶液中，有0.01mol的HA電離成離子。則該溫度下的電離常數(shù)為________，電離度為________。[解析]由題意可得如下“電離平衡模式”：HAH＋＋A－起始0.1mol00已電離0.01mol0.01mol0.01mol平衡時(shí)0.09mol0.01mol0.01mol該溶液中H＋和A－的物質(zhì)的量濃度為c(H＋)＝c(A－)＝0.01mol/0.5L＝0.02mol·L－1。HA分子的平衡濃度為c(HA)＝0.09mol/0.5L＝0.18mol·L－1。故HA的電離平衡常數(shù)K＝eq\f(cH＋·cA－,cHA)＝eq\f(0.02×0.02,0.18)≈2.22×10－3；電離度α＝eq\f(0.01mol,0.1mol)×100%＝10%。[答案]2.22×10－310%苯甲酸鈉(，縮寫為NaA)可用作飲料的防腐劑。研究表明苯甲酸(HA)的抑菌能力顯著高于A－。已知在25℃時(shí)，HA的Ka＝6.25×10－5，H2CO3的Ka1＝4.17×10－7，Ka2＝4.90×10－11。在生產(chǎn)碳酸飲料的過程中，除了添加NaA外，還需加壓充入CO2氣體。[問題1]比較HA和H2CO3的酸性強(qiáng)弱？[提示]由情境素材可知在25℃時(shí)，HA的Ka＝6.25×10－5，H2CO3的Ka1＝4.17×10－7，故HA的酸性強(qiáng)于H2CO3。[問題2]當(dāng)c(H＋)＝1×10－5mol·L－1時(shí)，飲料中eq\f(cHA,cA－)的比值是多少？[提示]當(dāng)c(H＋)＝1×10－5mol·L－1時(shí)，飲料中eq\f(cHA,cA－)＝eq\f(cH＋,Ka)＝eq\f(10－5,6.25×10－5)＝0.16。通過本情境素材中電離平衡等知識(shí)提升了證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．下列措施能影響水的電離平衡，并使溶液中的c(H＋)＞c(OH－)的是()A．向純水中投入少量Na2O2B．將水加熱煮沸C．向水中通入CO2D．向水中加入NaClC[A項(xiàng)，生成NaOH，使c(OH－)＞c(H＋)；B項(xiàng)，可促進(jìn)水的電離，但c(H＋)＝c(OH－)；D項(xiàng)，對(duì)水的電離無影響；C項(xiàng)，CO2可與水反應(yīng)生成H2CO3，抑制水的電離，同時(shí)使c(H＋)＞c(OH－)。]2．已知部分弱酸的電離平衡常數(shù)如表所示：弱酸CH3COOHHClOH2CO3H2SO3電離平衡常數(shù)(25℃)Ka＝1．75×10－5Ka＝2．95×10－8Ka1＝4．40×10－7Ka2＝4．70×10－11Ka1＝1．54×10－2Ka2＝1．02×10－7下列離子方程式正確的是()A．少量CO2通入NaClO溶液中：CO2＋H2O＋2ClO－=COeq\o\al(2－,3)＋2HClOB．少量SO2通入Ca(ClO)2溶液中：SO2＋H2O＋Ca2＋＋2ClO－=CaSO3↓＋2HClOC．少量SO2通入Na2CO3溶液中：SO2＋H2O＋2COeq\o\al(2－,3)=SOeq\o\al(2－,3)＋2HCOeq\o\al(－,3)D．相同濃度的NaHCO3溶液與NaHSO3溶液等體積混合：H＋＋HCOeq\o\al(－,3)=CO2↑＋H2OC[由表格中電離平衡常數(shù)數(shù)據(jù)可知，Ka(HClO)＞Ka(HCOeq\o\al(－,3))，故CO2通入NaClO溶液中生成HCOeq\o\al(－,3)，A錯(cuò)誤；向次氯酸鈣溶液中通入少量SO2的離子方程式為Ca2＋＋ClO－＋SO2＋H2O=CaSO4↓＋Cl－＋2H＋，B錯(cuò)誤；Ka(HSOeq\o\al(－,3))＞Ka(HCOeq\o\al(－,3))，故少量SO2通入Na2CO3溶液中生成HCOeq\o\al(－,3)，C正確；H2SO3為弱酸，故NaHSO3在水溶液中主要電離出HSOeq\o\al(－,3)，而不是SOeq\o\al(2－,3)和H＋，D錯(cuò)誤。]3．室溫下，下列事實(shí)不能說明NH3·H2O為弱電解質(zhì)的是()A．0.1mol·L－1NH3·H2O溶液的c(OH－)<0.1mol·L－1B．0.1mol·L－1NH3·H2O溶液的c(NHeq\o\al(＋,4))<0.1mol·L－1C．相同條件下，濃度均為0.1mol·L－1的NaOH溶液和氨水，氨水的導(dǎo)電能力弱D．0.1mol·L－1NH3·H2O溶液能使無色酚酞試液變紅色D[NH3·H2O是弱電解質(zhì)，存在電離平衡NH3·H2OOH－＋NHeq\o\al(＋,4)，因此0.1mol·L－1NH3·H2O溶液中c(OH－)、c(NHeq\o\al(＋,4))均小于0.1mol·L－1，A、B項(xiàng)內(nèi)容均能說明NH3·H2O為弱電解質(zhì)；NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離，故濃度均為0.1mol·L－1的NaOH溶液和氨水，氨水中離子濃度較小，即氨水的導(dǎo)電能力弱，C項(xiàng)內(nèi)容能說明NH3·H2O為弱電解質(zhì)；NH3·H2O溶液能使無色酚酞試液變紅色只能說明其能電離出OH－，但不能說明NH3·H2O為弱電解質(zhì)。]4．下列說法正確的是()A．常溫時(shí)，0.1mol·L－1氨水的c(OH－)<0.1mol·L－1：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－B．1L0.1mol·L－1的乙酸溶液中含H＋NAC．在相同溫度下，物質(zhì)的量濃度相等的氨水、NaOH溶液，c(OH－)相等D．室溫下，稀釋0.1mol·L－1CH3COOH溶液，溶液的導(dǎo)電能力增強(qiáng)A[0.1mol·L－1氨水的c(OH－)<0.1mol·L－1，說明NH3·H2O是弱電解質(zhì)，在水溶液中部分電離，即