【金版学案】2014-2015学年高中化学 人教版选修4 第三章 水溶液中的离子平衡 章末知识整合

化学·选修4(人教版)
专题一　关于“酸的强弱的证明方法”的问题
电解质的强弱，可以从电离平衡的特征去考虑，用定性和定量的方法加以证明。要证明一种酸是强酸还是弱酸，常见的方法如下：
1．根据定义判定
(1)强酸在水溶液中全部电离，不存在溶质分子；弱酸在水溶液中部分电离，因存在电离平衡，所以既含溶质离子，又含溶质分子。
(2)同温度、同浓度的强酸溶液的导电性强于弱酸溶液的导电性。
(3)pH相同的强酸和弱酸，弱酸的物质的量浓度大于强酸的物质的量浓度。
2．根据稀释过程中c(H＋)变化判定
(1)相同pH、相同体积的强酸和弱酸，当加水稀释相同倍数时，pH变化大的为强酸，pH变化小的为弱酸。
(2)稀释浓的弱酸溶液，一般是c(H＋)先增大后减小；稀释浓的强酸溶液，c(H＋)一直减小。
3．根据中和反应区别判定
(1)中和相同体积、相同pH的强酸和弱酸，弱酸的耗碱量多于强酸。
(2)相同pH、相同体积的强酸和弱酸分别与等物质的量的同元强碱发生中和反应后，若溶液呈中性，该酸为强酸；若溶液呈酸性，则该酸为弱酸。
4．根据与其他物质发生化学反应的速率、生成气体的量等判定
(1)pH相同、体积也相同的强酸和弱酸分别跟足量活泼金属反应，起始速率相同；在反应过程中，弱酸反应较快，产生的氢气量多；而强酸反应较慢，产生的氢气量少。
(2)同浓度、同体积的强酸和弱酸分别与足量较活泼的金属反应，强酸生成氢气的速率较大；弱酸产生氢气的速率较小。当二者为同元酸时，产生氢气的物质的量相等。
5．根据酸根离子是否水解判断
强酸强碱盐不水解，溶液呈中性，弱酸强碱盐溶液水解显碱性，且水解程度越大的酸根对应的酸越弱。
　用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案如下：
甲：①称取一定质量的HA配制0.1 mol/L的溶液100 mL；
②用pH试纸测出该溶液的pH，即可证明HA是弱电解质。
乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH＝1的两种酸溶液各100 mL；
②分别取这两种溶液各10 mL，加水稀释至100 mL；
③各取相同体积的两种稀释液装入两支试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。
(1)在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是________。
(2)甲方案中说明HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH________1(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)乙方案中说明HA是弱电解质的现象是________(填序号)。
①装HCl溶液的试管中放出H2的速率快；②装HA溶液的试管中放出H2的速率快；③两个试管中产生气体的速率一样快。
(4)请你评价：乙方案中难以实现之处和不妥之处________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：此题考查学生灵活运用所学知识评价实验和设计实验的能力。证明HA是弱电解质的原理可以证明HA不能完全电离，溶液中存在电离平衡。甲、乙两同学都是利用了这一个原理。0.1 mol/L的HA溶液pH＞1，说明c(H＋)＜0.1 mol/L，也就说明了HA不能完全电离，为弱电解质。同pH的盐酸和HA用水稀释相同倍数后，由于HA是弱电解质，存在电离平衡，c(H＋)减小程度小，溶液中c(H＋)大于盐酸中c(H＋)，与锌粒反应速率快。另外解此题第(1)问时，容易忘记注明容量瓶的容积，要注意答题的严密性。
答案：(1)100 mL的容量瓶　(2)＞　(3)②　(4)配制pH＝1的HA溶液难以实现；加入的锌粒难以做到表面积相同
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1．为了证明一水合氨(NH3·H2O)是弱电解质，甲、乙、丙三人分别选用下列试剂进行实验：0.01 mol/L氨水、0.1 mol/L NH4Cl溶液、NH4Cl晶体、酚酞试剂、pH试纸、蒸馏水。
(1)甲用pH试纸测出0.01 mol/L氨水的pH为10，则认定一水合氨是弱电解质，你认为甲的方法是否正确？______(填“是”或“否”)，并说明理由：____________。
(2)乙取出10 mL 0.10 mol/L氨水，用pH试纸测出其pH＝a，然后用蒸馏水将其稀释至1000 mL，再用pH试纸测出其pH为b，若要确认一水合氨是弱电解质，则a、b值应满足什么条件？________(用等式或不等式表示)。
(3)丙取出10 mL 0.01 mol/L氨水，滴入2滴酚酞溶液，显粉红色，再加入NH4Cl晶体少量，颜色变________(填“深”或“浅”)。
(4)请你根据所提供的试剂，再提出一个既合理又简便的方案证明一水合氨是弱电解质：___________________________________。
解析：(1)NH3·H2ONH＋OH－，0.01 mol·L－1氨水中，c(OH－)＝10－4mol/L，证明NH3·H2O部分电离，是弱电解质。
(2)若NH3·H2O是强电解质，稀释过程中OH－总数可看成不变，稀释后c(OH－)＝10－(a－2)mol/L；若NH3·H2O是弱电解质，稀释过程中电离平衡向生成OH－方向移动，溶液中OH－的总数增加，所以稀释100倍后c(OH－)＞10－(a－2)mol/L。
(3)0.01 mol/L氨水(滴有酚酞)中加入氯化铵晶体后颜色变浅，有两种可能：一是氯化铵在水溶液中显酸性，加入氨水中使溶液的pH降低；二是NH使NH3·H2O的电离平衡逆向移动，从而使溶液的pH降低。所以用这种方法证明一水合氨是弱电解质不严密。
(4)从题干中给出的试剂看，还可以选用pH试纸、0.1 mol/L NH4Cl溶液进行实验来验证NH3·H2O是弱电解质。因为由“NH水解显酸性”可判断“NH3·H2O是弱碱”。进而证明一水合氨是弱电解质。
答案：(1)是　0.01 mol/L氨水的pH＝10，说明
c(OH－)＝10－4mol/L，NH3·H2O没有完全电离
(2)a－2＜b＜a　(3)浅　(4)取一张pH试纸，再用玻璃棒蘸取0.1 mol/LNH4Cl溶液，点在pH试纸上，显色后跟标准比色卡比较测出pH，pH＜7，则证明NH3·H2O是弱电解质
专题二　溶液中离子浓度大小的比较
电解质溶液中粒子浓度大小比较历来是各类考试中考查的重点和热点题型。这类试题考查的知识点多，灵活性、综合性强，有较好的区分度，能有效地测试出学生对弱电解质的电离平衡、盐类水解、电解质之间的反应等基本概念、基本理论的掌握情况及对这些知识的综合应用能力。
1．两大理论
(1)电离理论。
①一般来说，弱电解质(弱酸、弱碱等)的电离是微弱的，电离消耗及电离产生的微粒都是微小的，同时还要考虑水的电离。如氨水溶液中，既存在NH3·H2O的部分电离，还存在水的微弱电离。故其溶液中微粒浓度大小为：ccccH＋＋HS－是主要的，故微粒浓度大小为：
2.三大定量关系
(1)电荷守恒。
在任何电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数总是等于阳离子所带正电荷总数，即溶液呈电中性。如在Na2CO3溶液中存在如下守恒关系式： 　
(双选题)将0.2 mol/L HCN溶液和0.1 mol/L NaOH溶液等体积混合后，溶液显碱性，下列关系式中正确的是(　　)
A．c(HCN)＜c(CN－)
B．c(Na＋)＞c(CN－)
C．c(HCN)－c(CN－)＝c(OH－)
D．c(HCN)＋c(CN－)＝0.1 mol/L
解析：两溶液混合，HCN与NaOH发生反应HCN＋NaOH===NaCN＋H2O，此时c(HCN)＝c(CN－)＝c(Na＋)＝0.05 mol/L。然后应考虑到下列变化：
CN－＋H2OHCN＋OH－，HCNCN－＋H＋，
H2OOH－＋H＋，
混合溶液显碱性，这说明CN－的水解强于HCN的电离，故A错B对。由HCN、CN－中CN原子团数守恒(属于物料守恒)得等式：
c(HCN)＋c(CN－)＝0.1 mol/L；①
由混合溶液中的电荷守恒原理得等式：
c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(CN－)；②
将c(Na＋)＝0.05 mol/L代入②式并移项，得等式：
c(OH－)＋c(CN－)－c(H＋)＝0.05 mol/L；③
综合①式和③式，得等式：
c(HCN)＋c(H＋)＝c(OH－)＋0.05 mol/L。④
由①式知D对，由④式知C错。
答案：BD
名师点睛：充分利用电荷守恒和物料守恒原理，找出各微粒之间不变的关系，如本题中的c(CN－)＋c(OH－)＝
c(Na＋)＋c(H＋)、c(HCN)＋c(CN－)＝0.1 mol/L和c(Na＋)＝0.05 mol/L；通过相应的比较和计算即可解决各微粒之间的关系。
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2．(2013·四川卷)室温下，将一元酸HA的溶液和KOH溶液等体积混合(忽略体积变化)，实验数据如下表：
下列判断不正确的是(　　)
3.在25 ℃时，将pH＝11的NaOH溶液与pH＝3的CH3COOH溶液等体积混合后，下列关系式中正确的是(　　)
专题3 溶液中离子能否大量共存问题
离子能否在同一电解质溶液里大量存在，决定于离子能否发生化学反应或离子是否符合题目的相关条件。因此，要弄清离子能否在同一溶液中大量共存的问题，关键是掌握离子的性质。
1．一色
即溶液颜色。若限定无色溶液，则Cu2＋、Fe3＋、Fe2＋、MnO等有色离子不能存在。
2．二性
即溶液的酸性和碱性。
(1)在强酸性溶液中，OH－及弱酸根离子(如CO、SO、S2－、CH3COO－等)均不能大量存在。
(2)在强碱性溶液中，H＋及弱碱阳离子(如NH、Al3＋、Mg2＋、Fe3＋等)均不能大量存在。
另外，酸式弱酸根离子(如HCO、HSO、HS－、H2PO等)在强酸性或强碱性溶液中均不可能大量存在。
3．三特
指三种特殊情况：
(1)AlO水解程度大，碱性强，所以与HCO、HSO、HS－、Al3＋等不能共存。
(2)“NO＋H＋”组合常常较为隐蔽，不易被察觉。
(3)NH与CH3COO－、CO，Mg2＋与HCO等组合中，虽然两种离子都能水解且水解相互促进，但总的水解程度仍很小，它们在溶液中能大量共存(加热就不同了)。
4．四反应
指离子间通常能发生的四种类型的反应，能相互反应的离子显然不能大量共存。
(1)复分解反应。
根据复分解反应发生的条件，又可将其分为三类：
①生成微溶、难溶物不共存。如：
Ca2＋与SO、CO、SiO、HPO、OH－等；
Ba2＋与SO、CO、SiO、PO、HPO、SO等；
Ag＋与Cl－、Br－、I－、SO、CO、SiO、PO、SO、S2－、OH－等。
②生成易挥发气体不共存。如：
H＋与CO、S2－、SO、HCO、HS－、HSO等，OH－与NH等。
③生成弱电解质不共存。如：
H＋与OH－、CH3COO－、CN－、SiO、ClO－、PO、AlO等。
(2)氧化还原反应。
Fe3＋与S2－、I－。
②酸性(H＋)环境下：MnO、ClO－、Cr2O、NO与S2－、I－、SO、Fe2＋。
③NO的氧化性只在酸性环境下才能显现，而MnO、ClO－、Cr2O的氧化性不仅在酸性环境下可以显现，而且在中性和碱性环境下也有氧化性。
(3)双水解反应。
①Al3＋与CO、HCO、S2－、HS－、AlO等。
②Fe3＋与CO、HCO、AlO等。
(4)络合反应：如Fe3＋与SCN－等。
　(2013·重庆卷)在水溶液中能大量共存的一组离子是(　　)
A．Na＋、Ba2＋、Cl—、NO
B．Pb2＋、Hg2＋、S2—、SO
C．NH、H＋、S2O、PO
D．Ca2＋、Al3＋、Br—、CO
解析：Na＋、Ba2＋、Cl－、NO离子间不能发生反应，在同一溶液中可以大量共存，A项正确；Pb2＋与SO可生成PbSO4沉淀、Pb2＋、Hg2＋可与S2－形成沉淀，B项错误；H＋与S2O在溶液中发生歧化反应生成S与SO2，C项错误；Ca2＋可与CO形成CaCO3沉淀，此外Al3＋与CO可发生双水解反应而不能共存，D项错误。答案为A。
答案：A
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4．(2013·广东卷)在水溶液中能大量共存的一组离子是(　　)
A．Na＋、Al3＋、Cl－、CO
B．H＋、Na＋、Fe2＋、MnO
C．K＋、Ca2＋、Cl－、NO
D．K＋、NH、OH－、SO
解析：Al3＋与CO可发生双水解反应而不能共存，A错误；
Fe2＋、H＋、MnO因发生氧化还原反应不能共存，B错误；NH与OH—因生成弱电解质一水合氨而不能共存；D错误，明显C正确。
答案：C