高考化学一轮复习第八章第1讲弱电解质的电离平衡.docx
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高考化学一轮复习第八章第1讲弱电解质的电离平衡
第1讲 弱电解质的电离平衡
[考纲要求] 1.了解弱电解质在水溶液中的电离平衡。
2.了解电离平衡常数。
考点一 弱电解质的电离平衡
1.弱电解质
(1)概念
(2)与化合物类型的关系
强电解质主要是大部分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。
2.弱电解质的电离平衡
(1)电离平衡的建立
在一定条件下(如温度、压强等),当弱电解质电离产生离子的速率和离子结合成分子的速率相等时,电离过程达到了平衡。
(2)电离平衡的特征
(3)外界条件对电离平衡的影响
①内因:
弱电解质本身的性质。
②外因:
浓度、温度、加入试剂等。
(4)电离过程是可逆过程,可直接用化学平衡移动原理分析电离平衡。
以0.1mol·L-1CH3COOH溶液为例:
CH3COOHCH3COO-+H+(正向吸热)。
实例
(稀溶液)
CH3COOHH++CH3COO-ΔH>0
改变条件
平衡移动方向
n(H+)
c(H+)
导电能力
Ka
加水稀释
→
增大
减小
减弱
不变
加入少量
冰醋酸
→
增大
增大
增强
不变
通入HCl(g)
←
增大
增大
增强
不变
加NaOH(s)
→
减小
减小
增强
不变
加入镁粉
→
减小
减小
增强
不变
升高温度
→
增大
增大
增强
增大
加
CH3COONa(s)
←
减小
减小
增强
不变
深度思考
1.电离平衡右移,电解质分子的浓度一定减小吗?
离子的浓度一定增大吗?
答案 都不一定。
如对于CH3COOHCH3COO-+H+平衡后,加入冰醋酸,c(CH3COOH)增大,平衡右移,根据勒夏特列原理,只能“减弱”而不能“消除”,再次平衡时,c(CH3COOH)比原平衡时大;加水稀释或加少量NaOH固体,都会引起平衡右移,但c(CH3COOH)、c(H+)都比原平衡时要小。
2.稀释一弱电解质溶液时,所有粒子浓度都会减小吗?
答案 不是所有粒子浓度都会减小。
对于弱酸或弱碱溶液,只要对其稀释,电离平衡均会发生右移,例如HA溶液稀释时,c(HA)、c(H+)、c(A-)均减小(参与平衡建立的微粒);平衡右移的目的是为了减弱c(H+)、c(A-)的减小,但c(OH-)会增大。
3.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)强电解质溶液中不存在溶质分子,弱电解质溶液中存在溶质分子( )
(2)氨气溶于水,当c(OH-)=c(NH
)时,表明NH3·H2O电离处于平衡状态( )
(3)弱电解质一定是共价化合物( )
(4)由0.1mol·L-1一元碱BOH的pH=10,可知溶液中存在BOH===B++OH-( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)×
解析
(2)NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-,NH3·H2O电离出的c(OH-)与c(NH
)永远相等,不能表明NH3·H2O电离处于平衡状态;(3)某些离子化合物是弱电解质,如(CH3COO)2Pb等;(4)由于OH-的浓度小于0.1mol·L-1,所以BOH应属于弱碱,其电离应为BOHB++OH-。
4.分别画出冰醋酸和0.1mol·L-1的醋酸加水稀释时导电能力的变化图。
答案
.
题组一 改变条件,平衡移动,判结果变化
1.将浓度为0.1mol·L-1HF溶液加水不断稀释,下列各量始终保持增大的是( )
A.c(H+)B.Ka(HF)
C.
D.
答案 D
解析 HF为弱酸,存在电离平衡:
HFH++F-。
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,故加水稀释,平衡正向移动,但c(H+)减小,A错误;电离平衡常数只受温度的影响,温度不变,电离平衡常数Ka不变,B错误;当溶液无限稀释时,c(F-)不断减小,但c(H+)接近10-7mol·L-1,所以
减小,C错误;
=
,由于加水稀释,平衡正向移动,所以溶液中n(H+)增大,n(HF)减小,所以
增大,D正确。
2.25℃时,把0.2mol·L-1的醋酸加水稀释,则图中的纵轴y表示的是( )
A.溶液中OH-的物质的量浓度
B.溶液的导电能力
C.溶液中的
D.CH3COOH的电离程度
答案 B
解析 25℃时,0.2mol·L-1的醋酸稀释过程中,随着水的加入溶液中OH-的浓度增大(但不会超过10-7mol·L-1),CH3COOH的电离程度增大,CH3COO-数目增多,CH3COOH数目减少,但溶液中CH3COO-的浓度减小,溶液的导电能力减弱。
题组二 平衡移动,结果变化,判采取措施
3.稀氨水中存在着下列平衡:
NH3·H2ONH
+OH-,若要使平衡向逆反应方向移动,同时使c(OH-)增大,应加入的物质或采取的措施是( )
①NH4Cl固体 ②硫酸 ③NaOH固体 ④水 ⑤加热
⑥加入少量MgSO4固体
A.①②③⑤B.③⑥
C.③D.③⑤
答案 C
解析 若在氨水中加入NH4Cl固体,c(NH
)增大,平衡向逆反应方向移动,c(OH-)减小,①不合题意;硫酸中的H+与OH-反应,使c(OH-)减小,平衡向正反应方向移动,②不合题意;当在氨水中加入NaOH固体后,c(OH-)增大,平衡向逆反应方向移动,③符合题意;若在氨水中加入水,稀释溶液,平衡向正反应方向移动,但c(OH-)减小,④不合题意;电离属吸热过程,加热平衡向正反应方向移动,c(OH-)增大,⑤不合题意;加入MgSO4固体发生反应Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,溶液中c(OH-)减小,⑥不合题意。
4.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c(H+)/c(CH3COOH)的值增大,可以采取的措施是(双选)( )
A.加少量烧碱溶液B.升高温度
C.加少量冰醋酸D.加水
答案 BD
解析 本题中提供的四种措施都会使醋酸的电离平衡正向移动,但A、C会使c(H+)/c(CH3COOH)的值减小。
考点二 电离平衡常数
1.
(1)填写下表
弱电解质
电离方程式
电离常数
NH3·H2O
NH3·H2ONH
+OH-
Kb=1.7×10-5
CH3COOH
CH3COOHCH3COO-+H+
Ka=1.7×10-5
HClO
HClOH++ClO-
Ka=4.7×10-8
(2)CH3COOH酸性大于HClO酸性(填“大于”、“小于”或“等于”),判断的依据:
相同条件下,电离常数越大,电离程度越大,c(H+)越大,酸性越强。
(3)电离平衡常数的意义:
弱酸、弱碱的电离平衡常数能够反映酸碱性的相对强弱。
电离平衡常数越大,电离程度越大。
多元弱酸的电离以第一步电离为主,各级电离平衡常数的大小差距较大。
(4)外因对电离平衡常数的影响:
电离平衡常数与其他化学平衡常数一样只与温度有关,与电解质的浓度无关,升高温度,K值增大,原因是电离是吸热过程。
2.碳酸是二元弱酸
(1)电离方程式是H2CO3H++HCO
,HCO
H++CO
。
(2)电离平衡常数表达式:
Ka1=
,Ka2=
。
(3)比较大小:
Ka1>Ka2。
深度思考
1.H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.3×10-7,Ka2=5.6×10-11,它的Ka1、Ka2差别很大的原因(从电离平衡的角度解释):
_______________________________________________________。
答案 第一步电离产生的H+对第二步的电离起抑制作用
2.在Na2CO3中加醋酸产生CO2气体,试从电离平衡常数的角度解释原因[已知:
K(CH3COOH)=1.7×10-5;K(H2CO3)=4.3×10-7。
]:
__________________________________________。
答案 醋酸的电离平衡常数大,酸性强,较强的酸可制备较弱的酸
题组一 影响电离平衡常数的因素及其应用
1.25℃时,部分物质的电离平衡常数如表所示:
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平
衡常数
1.7×10-5
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
3.0×10-8
请回答下列问题:
(1)CH3COOH、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序为
________________________________________________________________________。
(2)同浓度的CH3COO-、HCO
、CO
、ClO-结合H+的能力由强到弱的顺序为_____________
___________________________________________________________。
(3)体积为10mLpH=2的醋酸溶液与一元酸HX分别加水稀释至1000mL,稀释过程中pH变化如图所示,则HX的电离平衡常数______(填“大于”、“等于”或“小于”)醋酸的电离平衡常数;理由是__________________________________________________________。
答案
(1)CH3COOH>H2CO3>HClO
(2)CO
>ClO->HCO
>CH3COO-
(3)大于 稀释相同倍数,HX的pH变化比CH3COOH的大,酸性强,电离平衡常数大
解析 电离平衡常数越大,酸性越强,电离平衡常数越小,其对应酸根离子结合H+能力越强。
(3)根据图像分析知道,起始时两种溶液中c(H+)相同,故c(较弱酸)>c(较强酸),稀释过程中较弱酸的电离程度增大的多,故在整个稀释过程中较弱酸的c(H+)一直大于较强酸的c(H+),稀释相同倍数,HX的pH变化比CH3COOH的大,故HX酸性强,电离平衡常数大。
题组二 有关电离平衡常数的定量计算
2.碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。
常温常压下,空气中的CO2溶于水,达到平衡时,溶液的pH=5.60,c(H2CO3)=1.5×10-5。
若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离,则H2CO3HCO
+H+的平衡常数K1=________。
(已知:
10-5.60=2.5×10-6)
答案 4.2×10-7
解析 H2CO3H++HCO
K1=
=
≈4.2×10-7。
3.在25℃下,将amol·L-1的氨水与0.01mol·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH
)=c(Cl-),则溶液显__________性(填“酸”、“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=_____________________________________________________。
答案 中
解析 氨水与HCl等体积混合后的溶液中的电荷守恒关系式为c(NH
)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-),因c(NH
)=c(Cl-),故有c(H+)=c(OH-),溶液显中性。
NH3·H2O NH
+ OH-
(
-
)mol·L-1
mol·L-110-7mol·L-1
Kb=
=
。
4.常温下,将amol·L-1CH3COONa溶于水配成溶液,向其中滴加等体积的bmol·L-1的盐酸使溶液呈中性(不考虑盐酸和醋酸的挥发),用含a和b的代数式表示醋酸的电离常数Ka=________。
答案
解析 由电荷守恒和物料守恒可得
所以c(CH3COOH)=c(Cl-)
CH3COOH CH3COO- + H+
mol·L-1(
-
)mol·L-110-7mol·L-1
Ka=
=
。
考点三 强酸与弱酸的比较
浓度均为0.01mol·L-1的强酸HA与弱酸HB
pH均为2的强酸HA与弱酸HB
pH或物质的量浓度
2=pHHA0.01mol·L-1=c(HA)开始与金属反应的速率
HA>HB
HA=HB
体积相同时与过量的碱反应时消耗碱的量
HA=HB
HA体积相同时与过量活泼金属反应产生H2的量
HA=HB
HAc(A-)与c(B-)大小
c(A-)>c(B-)
c(A-)=c(B-)
分别加入固体NaA、NaB后pH的变化
HA:
不变
HB:
变大
HA:
不变
HB:
变大
加水稀释10倍后
3=pHHA3=pHHA>pHHB>2
溶液的导电性
HA>HB
HA=HB
水的电离程度
HAHA=HB
深度思考
按要求画出图像,并回答下列问题。
(1)相同体积、相同浓度的盐酸和醋酸
①加入足量的Zn,在甲图中画出H2体积的变化图像
单位时间内,________产生的H2多,反应停止时,产生的H2________。
答案
盐酸 一样多
②加水稀释,在图乙中画出pH值的变化图像
加水稀释相同的倍数,________的pH大;
加水稀释到相同的pH值,________加入的水多。
答案
醋酸 盐酸
(2)相同体积、相同pH值的盐酸和醋酸
①加入足量的Zn,在丙图中画出H2体积的变化图像
单位时间内,________产生的H2多,反应停止时,______产生的H2多。
答案
醋酸 醋酸
②加水稀释,在丁图中画出pH值的变化图像
加水稀释相同的倍数,________的pH大;
加水稀释到相同的pH,________加入的水多。
答案
盐酸 醋酸
题组一 强酸、弱酸的比较
1.在一定温度下,有a.盐酸 b.硫酸 c.醋酸三种酸:
(1)当三种酸物质的量浓度相同时,c(H+)由大到小的顺序是________________(用字母表示,下同)。
(2)同体积、同物质的量浓度的三种酸,中和NaOH的能力由大到小的顺序是______________。
(3)若三者c(H+)相同时,物质的量浓度由大到小的顺序是________________。
(4)当三者c(H+)相同且体积也相同时,分别放入足量的锌,相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是__________________。
(5)当三者c(H+)相同且体积相同时,同时加入形状、密度、质量完全相同的锌,若产生相同体积的H2(相同状况),则开始时反应速率的大小关系为______________,反应所需时间的长短关系是__________。
(6)将c(H+)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后,c(H+)由大到小的顺序是________________________________________________________________________。
(7)将c(H+)相同的三种酸,分别与等浓度的NaOH稀溶液反应至pH=7,则消耗NaOH溶液的体积大小关系为__________。
答案
(1)b>a>c
(2)b>a=c (3)c>a>b
(4)c>a=b (5)a=b=c a=b>c (6)c>a=b
(7)c>a=b
解析 解答本题要注意以下三点:
①HCl、H2SO4都是强酸,但H2SO4是二元酸;②CH3COOH是弱酸,在水溶液中不能完全电离;③醋酸溶液中存在CH3COOHCH3COO-+H+的电离平衡。
2.现有室温下四种溶液,有关叙述不正确的是( )
序号
①
②
③
④
pH
11
11
3
3
溶液
氨水
氢氧化钠溶液
醋酸
盐酸
A.③④中分别加入适量的醋酸钠晶体后,两溶液的pH均增大
B.②③两溶液等体积混合,所得溶液中c(H+)>c(OH-)
C.分别加水稀释10倍,四种溶液的pH①>②>④>③
D.V1L④与V2L①混合,若混合后溶液pH=7,则V1<V2
答案 D
解析 醋酸钠溶液显碱性,所以A正确,也可以从平衡移动角度分析,CH3COONa电离出的CH3COO-:
a.与盐酸中的H+结合生成CH3COOH;b.使醋酸中平衡CH3COOHCH3COO-+H+左移,两溶液中H+浓度均减小,所以pH均增大;假设均是强酸强碱,且物质的量浓度相同,等体积混合后溶液呈中性,但③醋酸是弱酸,其浓度远远大于②,即混合后醋酸过量,溶液显酸性,c(H+)>c(OH-),B正确;分别加水稀释10倍,假设平衡不移动,那么①②溶液的pH均为10,但稀释氨水使平衡NH3·H2ONH
+OH-右移,使①pH>10,同理醋酸稀释后pH<4,所以C正确;假设均是强酸强碱,混合后溶液呈中性,V1=V2,但①氨水是弱碱,其浓度远远大于④盐酸,所以需要的①氨水少,即V1>V2,D错误。
假设法进行有关量的大小比较
在做有关强酸、弱酸、强碱、弱碱的题目时,可以先假设所给物质全部是强电解质,再在此基础上结合电离平衡移动原理进行分析。
如题2中的C选项,分别加水稀释10倍,假设平衡不移动,那么①②溶液的pH均为10,然后再根据平衡移动进行分析;再如D选项,假设均是强酸强碱,则V1=V2,然后再根据弱碱的电离平衡及浓度进行分析。
题组二 判断弱电解质的方法
3.为了证明醋酸是弱电解质,甲、乙、丙、丁四人分别选用下列试剂进行实验:
0.1mol·L-1醋酸溶液、0.1mol·L-1盐酸、pH=3的盐酸、pH=3的醋酸、CH3COONa晶体、NaCl晶体、CH3COONH4晶体、蒸馏水、锌粒、pH试纸、酚酞、NaOH溶液等。
(1)甲取出10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液,用pH试纸测出其pH=a,确定醋酸是弱电解质,则a应该满足的关系是________________________________________________________,
理由是________________________________________________________________________。
(2)乙分别取pH=3的醋酸和盐酸各1mL,分别用蒸馏水稀释到100mL,然后用pH试纸分别测定两溶液的pH,则可认定醋酸是弱电解质,判断的依据是________________________
________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)丙分别取pH=3的盐酸和醋酸各10mL,然后加入质量相同的锌粒,醋酸放出H2的速率快,则认定醋酸是弱电解质,你认为这一方法正确吗?
________,请说明理由:
____________
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞做实验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的实验操作和现象是____________________________________________________。
答案
(1)a>1 因醋酸是弱酸,不能完全电离
(2)盐酸的pH=5,醋酸的pH<5 (3)正确 由于醋酸是弱酸,随着反应的进行,醋酸不断电离,c(H+)变化小,产生H2的速率醋酸比盐酸快 (4)将CH3COONa晶体、NaCl晶体分别溶于适量水配成溶液,再分别滴入酚酞溶液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色
判断弱电解质的三个思维角度
角度一:
弱电解质的定义,即弱电解质不能完全电离,如测0.1mol·L-1的CH3COOH溶液的pH>1。
角度二:
弱电解质溶液中存在电离平衡,条件改变,平衡移动,如pH=1的CH3COOH加水稀释10倍后,1角度三:
弱电解质形成的盐类能水解,如判断CH3COOH为弱酸可用下面两个现象:
(1)配制某浓度的醋酸钠溶液,向其中加入几滴酚酞溶液。
现象:
溶液变为浅红色。
(2)用玻璃棒蘸取一定浓度的醋酸钠溶液滴在pH试纸上,测其pH。
现象:
pH>7。
探究高考 明确方向
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)25℃时,用醋酸溶液滴定等浓度NaOH溶液至pH=7,V醋酸<VNaOH( )
(2013·重庆理综,2B)
(2)稀醋酸加水稀释,醋酸的电离程度增大,溶液的pH减小( )
(2012·重庆理综,10B)
(3)中和等体积、等物质的量浓度的盐酸和醋酸所消耗的n(NaOH)相等( )
(2012·福建理综,10C)
(4)CH3COOH溶液加水稀释后,溶液中
的值减小( )
(2013·江苏,11C)
(5)室温下,对于0.10mol·L-1的氨水,加水稀释后,溶液中c(NH
)·c(OH-)变大( )
(2013·福建理综,8B)
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.(2014·山东理综,13)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10mL浓度为0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中( )
A.水的电离程度始终增大
B.
先增大再减小
C.c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和始终保持不变
D.当加入氨水的体积为10mL时,c(NH
)=c(CH3COO-)
答案 D
解析 A项,醋酸显酸性,水的电离平衡受到抑制,在滴加NH3·H2O的过程中,酸性减弱,水的电离程度受到抑制的程度减小,电离程度增大,当CH3COOH反应完后,加入的NH3·H2O会抑制水的电离,电离程度减小,故该选项错误;B项,在向醋酸中滴加氨水的过程中,碱性增强酸性减弱,c(OH-)一直增大。
由NH3·H2ONH
+OH-可知,K=
,则
=
,而K是常数,故
一直减小,该选项错误;C项,n(CH3COOH)与n(CH3COO-)之和保持不变,但溶液的体积是增大的,故c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和逐渐减小,该选项错误;D项,当加入氨水10mL时,两者恰好完全反应生成CH3COONH4,由CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等可知,CH3COO-和NH
的水解程度也相等,故c(NH
)=c(CH3COO-),该选项正确。
3.(2014·上海,21)室温下,甲、乙两烧杯均盛有5mLpH=3的某一元酸溶液,向乙烧杯中加水稀释至pH=4。
关于甲、乙两烧杯中溶液的描述正确的是(双选)( )
A.溶液的体积10V甲≤V乙
B.水电离出的OH-浓度:
10c(OH-)甲≤c(OH-)乙
C.若分别用等浓度的NaOH溶液完全中和,所得溶液的pH:
甲≤乙
D.若分别与5mLpH=11的NaOH溶液反应,所得溶液的pH:
甲≤乙
答案 AD
解析 本题考查弱电解质的电离和盐类水解。
由题意原甲、乙两烧杯均盛有5mL的溶液,向乙烧杯中加水稀释至pH=4,若该酸为强酸