高三化学电离平衡(一)

高三化学电离平衡(一)

教学内容

1．比较决定电解质的强弱、电离程度的大小、溶液导电能力大小的因素

2．掌握弱电解质的电离平衡及平衡常数

3．水的电离（酸、碱、盐对溶液中水电离程度的影响）

二、学习指导

（一）强电解质、弱电解质

 1．相互关系

　　　　　　　　  否——非电解质

　 化合物　　　　　　　　　 是——强电解质

　　　　　　　　  能　　　　 

　　　　　　　　　　　　　  否——弱电解质

热或水的作用

 电解质　　　　 自由移动离子

　　　　　 电离　　　

思考：一种物质的水溶液能导电，原物质一定是电解质吗？

分析：不一定！关键要分清发生电离散是否要原物质本身。有可能溶于水时就发生了化学变化

如（1）Cl₂　 　 氯水

　　　　↓　　　　　　　 ↓

即不是电解质　　　　 HCl.HclO

又不是非电解质　　　 发生电离

（2）CO₂　 　碳酸溶液

　　  ↓　　　　　　　　 ↓

 非电解质　　　　　  H₂CO₃电离

（3）Na₂O　  NO₂OH溶液

　　  ↓　　　　　　　  ↓　

虽不是本身电离子　　　　NaOH电离

但可在熔融态电

离，故它属强电

解质

2．比较强、弱电解质

	强电解质	弱电解质
电离程度	完全	部分
电离平衡	不、不可逆	有、可能
过程表示 溶液中存在的微粒 （水分子不计）	==== 只有电离出的阴、阳离子，不存在电解质分子	即有电离出的阴、阳离子（少部分），又有电解质分子（大部分）。
电离方程式	H2SO4====2H++SO42— CaCl2====Ca2++2Cl—	NH3·H2O　　　 NH4++OH— H2S　　　H++HS—，HS—　　  H++S2—
实例	绝大多数的盐（包括难溶性盐）； 强酸：H2SO4、HCl、HclO4等； 强碱：Ba(OH)2、Ca(OH)2等。

注意：多元强酸电离一步完成且完全

如　H_nA====Nh⁺+A^n—

而多元弱酸的电离是分步进行的，且第二步电离比第一步电离困难，第三步电离比第二步电离更困难，但每步电离都存在相应的电离平衡，因此应分步书写电离方程式。例如磷酸的电离方程式应写三步：

H₃PO₄　　　H⁺+H₂PO₄^—，　H₂PO₄^—　　　H⁺+HPO₄^2—　　　HPO₄^2—　　H⁺+PO₄^3—，不能合并成H₃PO₄　　　3H⁺+PO₄^3—。由于磷酸溶液中的[H⁺]主要由第一步电离决定，因此磷酸的电离方程式有时也可只写第一步。

对HnA弱酸而言，电离方程式可只考虑：

HnA　　　　H⁺+Hn+A^—

想一想：为什么多元的酸电离下一步比上一步困难，电离程度小得多，甚至可忽略？

（二）弱电解质的电离平衡

（1）概念

弱电解质的电离平衡是指在一定条件下（湿度、浓度），弱电解质电离成离子的速率和离子结合成分子的速率相等的状态。

（2）特点

①动——动态平衡：V_{（闻子化）}=V_{（分子化）}≠0。在电离方程式中用“　　　”表示。

②定——平衡时各组成成分一定，即平衡时溶液中离子浓度和分子浓度保持不变

③变——条件改变，平衡被打破。

（3）电离常数

以AB表示弱电解质，AB在水分子的作用下发生电离，并达到下列平衡：

　　 AB　　　 A⁺+B△H＞0（吸热）

与化学平衡常数相似，若电解质达到电离平衡时有：

K_i=，这就是电离平衡常数，简称电离常数，电离常数与弱电解质的浓度无关，与湿度有关，通常，弱酸的电离常数以K_a表示；弱碱的电离常数以K_b表示。

作用：①一定湿度下，K↓，电解质越弱。电离常数的大小反应了弱电解质的相对强弱。

②可近似计算出弱碱、弱碱溶液中[H⁺]或[OH^—]（忽略水的电离）

　 [H⁺]=，或[OH^—]=

（4）影响电离平衡的因素

与化学平衡一样，外界条件的改变也会引起移动.

以0.1mol/1 CH₃COOH溶液为例：

项目 　变化 项目	加水	升温	加入固体 NaOH	加入无水 CH3COONa	通入气体 HCl	加入等浓度的CH3COOH
平衡移动	右移	右移	右移	左移	左移	不移动
H+的物质的量（mol）	增大	增大	减小	减小	增大	增大
[H+]浓度(mol)	减小	增大	减小	减小	增大	不变
PH值	增大	减小	增大	增大	减小	不变
导电能力	减弱	增强	增强	增强	增强	不变

（三）电解质溶液导电能力的强弱与电解质强弱影响溶液导电能力的因素：

①自由移动离子浓度的大小。（主要决定因素）湿度一定，离子浓度越在，导电能力越强。

②湿度：湿度越高，导电能力越强。（与金属导电相反）

③离子电荷数：电荷数越高，导电能力越强。

由此可知：强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质强。

如　较浓醋酸的导电能力可比极稀HCl溶液强。 CaCO₃虽为强电解质，但溶于水所得溶液极稀，导电能力极差。

思考：若在某溶液中加入一种物质，出现沉淀，则溶液的导电能力一定减弱吗？（湿度不变）

分析：不一定。关键要看溶液中离子浓度有无显著变化。如：

（1）若在H₂SO₄溶液中加Ba(OH)₂，因生成BaSO₄沉淀和极难电离的水，使溶液中离子浓度降低，导电能力降低。

（2）若在H₂SO₄溶液中加BaCl₂，虽有沉淀BaSO₄生成，但同时生成了HCl，相当于1molSO₄^2—被2molCl^—代替，故导电能力有所增强。

（3）若在HCl溶液中加AgNO₃，则导电能力几乎不变。

（四）水的电离平衡

1．  实验证明，纯水微弱的导电性，是极弱的电解质：

2．  25℃1LH₂O的物质的量n(H₂O)==55.6(mol)共有10^—7mol发生电离

H₂O　　　 H⁺+OH^—

　 起始(mol)　55.6　　　 0　　0

  电离(mol) 10^—7　　　　10^—7 10^—7

  平衡(mol)55.6－10^—7 10^—7 10^—7

 25℃[H⁺]·[OH^—]= 10^—7=10^—14=Kw的离子积常数。

2．影响Kw的因素

Kw与溶液中[H⁺]、[OH^—]无关，与湿度有关。

水的电离为吸热过程，所以当湿度升高时，水的电离程度增大，Kw也增大。

例如100℃，1LH₂O有10^—6mol电离，此时水的离子积常数为Kw=10^—6·10^—6=10^—12.

3．影响水的电离平衡因素

（1）湿度，升湿度促进水的电离，降温则相反

（2）向纯水中引入H⁺或OH^—，会抑制水的电离

（3）向纯水中引入弱酸酸根阴离子或弱碱阳离子，将促进水的电离，此乃为盐类水解的实质。

3．  酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。（列表比较如下：）

		[H+]水与[OH—]水关系	x的计算式	室温x值	对水电离影响
纯水		[H+]水=[OH—]水	x=	x=1×10—7mol/L	对水电离影响
酸溶液			x=	x＜1×10—7mol/L
碱溶液			x=		抑制
正 盐 溶 液	强酸弱碱盐 强碱弱酸盐 强碱强酸盐		x=[H+]	x＞1×10—7mol/L	促进
			x=[OH—]
			x=	x=1×10—7mol/L	无

注[H⁺]_水、[OH^—]_水指水电离出的H⁺、OH^—浓度

 [H⁺]_水、[OH^—]_指指溶液中的H⁺、OH^—浓度

由上表可得重要规律：

（1）在任意湿度、任意物质的水溶液中（含纯水）的水本身电离出的[H⁺]_水≡[OH^—]_水

（2）酸和碱对水的电离均起抑制作用

①只要碱的pH值相等（不论强弱、不论几元）对水的抑制程度相等，碱也同理。

②若酸溶液的pH值与碱溶液的pOH值相等，则两种溶液中水的电离度相等。

如pH=3的盐酸溶液与pH=11的氨水溶液在室温下，由水电离出的

　　[H⁺]_水=[OH^—]_水==10^—11mol/L

（3）在凡能水解的盐溶液中，水的电离均受到促进，且当强酸弱的碱盐的pH和强碱弱酸盐的pOH值相等时（同一湿度），则促进程度相等。

（4）较浓溶液中水电离出[H⁺]的大小：

①酸溶液中[OH^—]等于水电离的[H⁺]

②碱溶液中[H⁺]等于水电离的[H⁺]

③强酸弱碱盐溶液中的[H⁺]等于水电离出[H⁺]

④强碱弱酸盐溶液中的[OH^—]等于水电离出的[H⁺]

如pH=4的NH₄Cl溶液与pH=10的NaAc溶液中，（室温）由水电离出的

[H⁺]_水=[OH^—]_水==10^—4mol/L

三、典型例析：

例1．下列四种溶液中，由水电离出的[H⁺]之比（依次）为（　　）

①pH=0的盐酸　②0.1mol/L的盐酸 ③0.01mol/L的NaOH溶液 ④pH=11的NaOH溶液

（A）1 ：10 ：100 ：1000　　  （B）0 ：1 ：12 ：11

（C）14 ：13 ：12 ：11　　　　（D） 14 ：13 ：2 ：3

解析①[H⁺]=1mol/L　　 [H⁺]_水=[OH^—]=1×10^—14mol/L

②[H⁺]=1mol/L　　　[H⁺]_水==1×10^—13mol/L

③[OH^—]=1×10^—2mol/L　　[H⁺]_水==1×10^—12mol/L

④[OH^—]=1×10^—3mol/L　　[H⁺]_水==1×10^—11mol/L

例2．某湿度下，纯水中的[H⁺]=2×10^—7mol/L，则此时[OH^—]=______，若湿度不变，滴入稀硫酸使[H⁺]=5×10^—6mol/L，则[OH^—]=_______，由水电离出[H⁺]为，该纯水的PH值_______（填＞、＜、=＝

解析

纯水中　H₂O　　　 H⁺+OH^—

　mol/L　　　 2×10^—72×10^—7

加酸后，水的电离平衡逆向移动，使[OH^—]减小，可由Kw、[H⁺]求出[OH^—]，此湿度下Kw值为2×10^—7 ×2×10^—7= 4×1^—14

[OH^—]==8×10^—9mol/L

由水电离的[H⁺]=[OH^—]=8×10^—11mol/L

该湿度下Ph= －lg×10^—7= 7―lg2＜7.

例3．常温下某溶液中，由水电离出的[H⁺]为1×10^—12mol/L，该溶液中一定能大量共存的离子组是（　　）

A．K⁺、Na⁺、SO₄^2—、NO₃^— 　　 B．Na⁺、K⁺、S^2—、CO₃^2— 　

C．Fe²⁺、Mg²⁺、Cl^—、SO₄^2— 　　D．NH₄⁺、Cl^—、K⁺、SO₃^2—

解析 　常温、由水电离出的[H⁺]=×10^—11mol/L＜1×10^—7mol/L说明水的电离受到抑制。此溶液可能是pH=1酸溶液，也可能为pH=13的碱溶液，选项B、D中的S^2—、CO₃^2—、SO₃^2—不能存在于强酸性溶液中，C中的Fe²⁺、Mg²⁺、D中的NH₄²⁺、D中的NH₄⁺与OH^—均不能大量存共存，故本题答案A。

例4．在图（1）所示的装置中，烧杯中盛放的是Ba(OH)₂溶液，当从滴定管中逐渐加入某种溶液（A）时，溶液的导电性的变化趋势如图（2）所示。

　　　　　　  图1　　　　　　　　　　　　　　  图2

该根据离子反应的特点分析：A溶液中含有的溶质可能是_________或__________（至少写出两种），并写出相应的离子反应的离子方程式：

________________________________、____________________________

解析：从图2可分析知，随着A的加入溶液导电能力迅速降低，说明A必定能与Ba(OH)₂发生反应，使溶液中离子浓度变得极小，故不仅与Ba²⁺反应转化为沉淀，还要与OH^—反应生成水或其它弱电解质，当反应完全后，过量A的加入，导电能力又显著上升，说明A应为强电解质，故A可能是H₂SO₄或CuSO₄或MgSO₄或(NH₄)₂SO₄等。

离子方程式：2H⁺+SO₄^2—+Ba²⁺+2OH^—=BaSO₄↓+2H₂O

　　　　　  Mg²⁺+SO₄^2—+Ba²⁺+2OH^—=BaSO₄↓+Mg(OH)₂

想一想：A可否为Na₂SO₄或H₂CO₃溶液？为什么？

　　　　　　　　　　　  　 巩固练习

（一）选择

1．下列物质中属于电解质的是（　 ）

A．乙醇　　　　  B．氯气　　　　 C．氯化铝　　　D．冰醋酸

2．物质的量浓度均为1mol/L的下列溶液，盐酸、硫酸、醋硫、导电能力由强到弱的顺序是（　 ）

A．盐酸=硫酸＞醋酸　　　 B．盐酸＞硫酸＞醋酸

C．硫酸＞盐酸＞醋酸　　　D．硫酸＞盐酸=醋酸

3．以下说法正确的是（　 ）

A．同体积同浓度的盐酸和醋酸和足量锌反应，开始时，盐酸反应速率快。

B．同体积同浓度的盐酸和醋酸与足量锌反应，盐酸放出H₂多。

C．同体积浓度的盐酸和醋酸与足量锌反应，盐酸放出的热量多。

D．盐酸和醋酸分别与锌反应的离子方程式均为Zn+2H^—=Zn²⁺+H₂↑

4．能说明醋酸是弱电解质的是（　　）

A．醋酸能与NaOH发生中和反应。

B．物质的量浓度相同、体积相同的醋酸和盐酸溶液中，H⁺物质的量浓度盐酸与醋酸溶液中要大的多。

C．醋酸溶液能使紫色石蕊试液变红。

D．含H⁺数相同的两种体积相同的盐酸和醋酸的溶液，其物质的量浓度醋酸要比盐酸大得多。

5．区别强弱电解质的根本标准是（　 ）

A．电离程度　　 B．化学键类型　　C．物质的状态　　D．溶液的导电能力

6．锌粒和醋酸溶液反应时，若向醋酸中加入一定量的固体醋酸钠，则产生氢气的速率会（　　）

A．变大　 　B．变小　　C．不变　　 D．先变大后变小

7．某固体化合物A不导电，但熔化水都能完全电离。下列关于物质A的说法中，正确的是（　 ）

A．A为非电解质　　　　 B．A是强电解质

C．A是离子晶体　　　　 D．A是弱电解质

8．相同湿度下，下列物质中导电能力最强的是（　 ）

A．100mL 0.1mol/L 的KOH溶液

B．2L 0.1mol/L的CH₃COOH溶液

C．100mL 0.1mol/L的HF溶液

D．100mL0.1mol/L的K₂SO₄溶液

9．向0.1mol/L的氨水中加入一定量的水，始终保持增大趋势的是（　 ）

A．NH₃·H₂O浓度　　　　  B．OH^—浓度

C．NH₃⁺数目　　　　　　　 D．NH₄^—浓度

10．碳酸溶液中存在如下平衡关系：

H₂CO₃　　　 H⁺+HCO₃^—，HCO₃　　　H⁺+CO₃^2—，该溶液的pH值增大时，[CO₃^2—]将（　 ）

A．增大　　　　B．减少　　　　  C．不变　　D．可能增大也可能减少

11．加水稀释纯醋酸时，下列变化曲线正确的是（　　）

A　　　　　　　　　　 B　　　　　　　  C　　　　　　　　 D

12．在稀氨水中：（1）国入NH₄Cl固体（2）通入NH₃ （3）煮沸 （4）加入少量NaOH（D）加入少量NaCl，其中能使碱性增强的是（　　）

A．（1）（2）（4）　　　　　  B．（2）（3）（4）

C．（2）（4）　　　　　　　  D．（4）（5）

13．在KHSO₄的极稀溶液和熔融状态都存在的离子是（　　）

A．H⁺B．HSO₄^— 　　C．SO₄^— 　　 D．K⁺

14．把0.05mol/NaOH固体，分别加入下列100mL溶液中，溶液的导电能力变化不大的是（　 ）

A．自来水　　　B．0.05mol/醋酸　　 C．0.5mol/L醋酸　　D．0.05mol/LNH₄Cl溶液

15．常温下，某溶液中由水电离出来的[OH^—]=1×10^—11mol/L，若向该溶液中滴入2—3滴酚酞，溶液的颜色可能是（　 ）

A．只显红色　　　 B．呈无色　　 C．无色或粉红　　D．红色或无色

二、填空题：

16．甲酸和一合水氨都是__________电解质，其0.1mol/_L水溶液导电能力较_________，若将上述两种溶液混和，其导电能力变__________，生成物的电离方程式为___________，两溶液混合时的离子方程式是____________。

17．在一定湿度下，冰醋酸加入稀释过程中，溶

液的导电能力如图所示。

（1）a、b、c、d四点的pH值由大到小的顺序是

_____________.

（2）若在C点的溶液中加入Na₂CO­₂固体，则溶液

中[CH₃COO^—]________，pH值______（填大、减小或不变）

18．常温下pH值相同的H₂SO₄溶液和Al₂(SO₄)₃溶液中，水电离出的[H⁺]分别为1.0×10^—amol/L和1.0×10^—bmol/L（a、b均小于14的正数），则a、b之间存在的关系是________，且a______b（＞，＜，=＝.

19．H₂S溶液中存在着H₂S　　　H⁺+HS^—和HS^—　　  H⁺+S^2—的平衡，当向H₂S溶液中加入CuSO₄溶液时，电离平衡________移动，[S^2—]________，[H⁺]________；当向H₂S溶液中加入固体NaOH，电离平衡_________移动，[H⁺]_________，[S^2—]__________；若将H₂S溶液加热至沸，[H₂S]_________，若要增大H₂S溶液中[S^2—]最好加入__________。

20．向MgCl₂溶液中加入氨水有白色沉淀生成，离子方程式为________，在MgCl₂溶液中加入大量固体NH₄Cl后，再加氨水无沉淀产生，原因是____________。

21．某二元弱酸（简写为H₂A）溶液，按下式发生一级和二级电离：

H₂A　　　 H⁺+HA^—， H⁺　　　HA^—+A^2—。已知相同浓度时的电离度α(H₂A)＞α(HA^—)，设有下列四种溶液：

（A）0.01mol·L^—1的H₂A溶液　　 （B）0.01mol·L^—1的NaHA溶液　

（C）0.02mol·L^—1的HCl与0.04mol·L^—1的NaHA溶液等体积混合液　

（D）0.02mol·L^—1的NaOH与0.02mol·L^—1的NaHA溶液等体积混合液

据此，填写下列空白（填代号）：

（1）[H⁺]最大的是_________，最小的是__________。

（2）[H₂A]最大的是________，最小的是_________。

（3）[A^2—]最大的是_________，最小的是_________。

22．已知25℃时0.01mol·L^—1醋酸溶液的pH约为3。向其中加入少量醋酸钠晶体，待晶体溶解后发现溶液的pH 增大。对上述现象有两种不同的解释：甲同学认为醋酸钠水解呈碱性，增大了[OH^—]，因而溶液的pH增大；乙同学认为醋酸钠溶于水电离出大量醋酸根离子，抑制了醋酸的电离，使[H⁺]减小，因此溶液的pH增大，你认为上述两种解释中______正确（填“甲”或“乙”）。

（1）为了验证上述哪种解释正确，继续做如下实验，向0.01mol·L^—1的的醋酸溶液中加入少量下列物质_______（填写编号），然后测定溶液的pH。

（A）固体CH₃COOK　　　 （B）固体CH₃COONH₄

（C）气体NH₃ （D）固体NaHCO₃

（2）若_______（填“甲”或“乙”）的解释正确，溶液的pH应________（填“增大”、“减小”或“不变”。）（已知：25℃时，均0.01mol·L^—1的氨水和醋酸的电离程度相同）

参考答案：

（一）1．CD　　2．C　　3．AC　　4．BD　　5．A　　6．B　　7．C　 8．D

9．C　 10．D　 11．BC　 12．C　　13．D　 14．BD　 15．D

（二）16．弱，弱，大，HCOONH₄===HCOO^—+NH₄⁺

　　　　 HCOOH+NH₃·H₂O===NH₄⁺+HCOO^—+H₂O

17．（1）d＞c=a＞b　 （2）增大，增大

18．a+b=14，＞

19．向右，减小，增大；向右，减小，增大；减小，NaOH

20．Mg²⁺+2NH₃·H₂O===Mg(OH)₂↓+2NH₄⁺

　NH₄Cl电离出的NH₄⁺，抑制了氨水的电离。

21．（A），D　（2）C，D，（3）D，A

22．（1）B，（2）乙，增大