第三章　第一节　第2课时　电离平衡常数　强酸与弱酸的比较 学案 （含答案）—2023-2024学年（人教版2019）高中化学选择性必修1

第2课时　电离平衡常数　强酸与弱酸的比较
[核心素养发展目标]　1.构建电离平衡常数模型，并能应用模型解释弱电解质在水中发生的变化。2.利用电离平衡常数相对大小关系，建立判断强弱电解质和“强酸制弱酸”的思维模型。
一、电离平衡常数
1．概念
在一定条件下，当弱电解质的电离达到平衡时，溶液里各组分的浓度之间存在一定的关系。对于一元弱酸或一元弱碱来说，溶液中弱电解质电离所生成的________________，与溶液中________________之比是一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数，通常用Ka、Kb分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数。
2．电离平衡常数的表示方法
(1)一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如：CH3COOHCH3COO－＋H＋
Ka＝________________；
NH3·H2ONH＋OH－
Kb＝________________。
(2)多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的，每一步电离都有电离平衡常数，通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如，
H2CO3H＋＋HCO
Ka1＝________________；
HCOH＋＋CO
Ka2＝________________。
多元弱酸各步电离常数的大小比较：Ka1 Ka2，因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。
注意　一般多元弱碱为难溶碱，不用电离平衡常数，以后要学到难溶物的溶度积常数。
3．意义
表示弱电解质的电离能力。一定温度下，K越大，弱电解质的电离程度越______，酸(或碱)性越______。
4．电离常数的影响因素
(1)内因：同一温度下，不同弱电解质的电离常数________，说明电离常数首先由弱电解质的________所决定。
(2)外因：对于同一弱电解质，电离平衡常数只与________有关，由于电离为________过程，所以电离平衡常数随温度________而增大。
(1)改变条件，电离平衡正向移动，电离平衡常数一定增大(　　)
(2)同一弱电解质，浓度大的电离平衡常数大(　　)
(3)H2CO3的电离常数表达式为Ka＝(　　)
1．已知T ℃时，CH3COOH的Ka＝1.75×10－5。
(1)当向醋酸中加入一定量的盐酸时，CH3COOH的电离常数__________(填“变大”或“变小”或“不变”)，理由是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)T ℃时，将该溶液加水稀释10倍，则CH3COOH的Ka＝__________。
2．已知：25 ℃时，下列四种弱酸的电离常数：
CH3COOH HNO2 HCN H2CO3
电离常数 1.75×10－5 5.6×10－4 6.2×10－10 Ka1＝4.5×10－7 Ka2＝4.7×10－11
(1)试比较相同浓度的CH3COOH、HNO2、HCN、H2CO3溶液的酸性强弱。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)向HNO2溶液中加入一定量的盐酸时，HNO2的电离平衡向哪个方向移动？此时HNO2的电离常数是否发生变化？为什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(3)判断反应NaNO2＋CH3COOH===CH3COONa＋HNO2是否正确？向NaCN溶液中通入少量CO2，反应能否进行？若能进行，写出反应的化学方程式。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1．(2022·大连高二检测)相同温度下，根据三种酸的电离常数，下列判断正确的是(　　)
酸 HCN CH3COOH H3PO2
电离常数K 6.2×10－10 1.75×10－5 5.9×10－2
A.三种酸的强弱关系：HCN>CH3COOH>H3PO2
B．反应H3PO2＋CH3COO－===CH3COOH＋H2PO能够发生
C．由电离常数可以判断，H3PO2属于强酸，HCN和CH3COOH属于弱酸
D．相同温度下，1 mol·L－1 HCN溶液的电离常数大于0.1 mol·L－1HCN溶液的电离常数
2．(2022·重庆市万州第二高级中学高二检测)下列说法正确的是(　　)
A．向浓度为0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中加冰醋酸，则增大
B．浓度为0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液，升高温度，平衡正向移动，醋酸的电离程度增大
C．浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液，加水稀释，亚硫酸的电离程度增大，SO浓度也增大
D．向浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液中通入少量氯气，pH会增大
二、电离常数的计算和应用
1．电离常数的计算——三段式法
例：25 ℃ a mol·L－1的CH3COOH
CH3COOHCH3COO－＋H＋
起始浓度/(mol·L－1)　　a　　　　　　0　　　0
变化浓度/(mol·L－1)　　x　　　　　　x　　　x
平衡浓度/(mol·L－1)　a－x　　　　　　x　　　x
则Ka＝＝≈。
注意　由于弱电解质的电离程度比较小，平衡时弱电解质的浓度为(a－x) mol·L－1，一般近似为a mol·L－1。
2．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，相同条件下，电离平衡常数越大，酸性(或碱性)越强。
(2)根据电离平衡常数可以判断盐与酸(或碱)反应是否发生，相同条件下相对强的酸(或碱)可以制相对弱的酸(或碱)。
(3)根据浓度商Q与电离平衡常数K的相对大小判断电离平衡的移动方向。
(4)根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。
如0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液加水稀释，＝＝，加水稀释时，c(H＋)减小，Ka不变，则增大。
3．电离度(α)
α＝________________________×100%或α＝________________________________×100%
(1)意义：表示弱电解质的____________，同一弱电解质电离度________，电离程度________。
(2)电离度的影响因素
注意　电离度与化学平衡的转化率类似。
1．如何从定量的角度判断醋酸溶液中加水稀释一倍后，电离平衡移动的方向？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2．电离平衡常数与电离度的关系
在一定温度下，已知b mol·L－1的一元弱酸HA溶液中，电离度为α，电离平衡常数为Ka，试推导b、α、Ka三者之间关系：______________。
1．弱酸、弱碱的电离程度可以分别用它们的电离常数(Ka、Kb)或电离度(α)表示，请根据下列情景列式计算。
(1)乙酰水杨酸是一种一元弱酸(可用HA表示)，在一定温度下，0.1 mol·L－1的乙酰水杨酸的水溶液中，乙酰水杨酸的电离常数Ka为3.4×10－4，求该酸的电离度为______。
(2)已知在25 ℃时，1 mol·L－1氨水中NH3·H2O的电离度为0.42%，求NH3·H2O的电离常数Kb＝__________。
2．在一定温度下，加水逐渐稀释1 mol·L－1氨水的过程中，随着水量的增加，请说明溶液中下列含量的变化：
(1)n(OH－)______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)______。
(3)________。
三、强酸与弱酸的比较
1．相同体积、相同物质的量浓度的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
比较项目 酸 c(H＋) 酸性 中和碱的能力 与足量活泼金属反应产生H2的总量 与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸
一元弱酸
2.相同体积、相同c(H＋)的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
比较项目 酸 c(H＋) 酸性 中和碱的能力 与足量活泼金属反应产生H2的总量 与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸
一元弱酸
如何判断电解质的强弱？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1．相同体积、相同c(H＋)的某一元强酸溶液①和某一元弱酸溶液②分别与足量的锌粉发生反应，下列关于产生氢气的体积(V)随时间(t)变化的示意图正确的是(　　)
2．在a、b两支试管中分别装入形态相同、质量相等的一颗锌粒(锌足量)，然后向两支试管中分别加入相同物质的量浓度、相同体积的稀盐酸和稀醋酸。填写下列空白：
(1)a、b两支试管中生成气体的速率v(a)______ (填“大于”“小于”或“等于”，下同) v(b)，反应完毕后生成气体的总体积V(a)______V(b)，原因是_________________________
________________________________________________________________________。
(2)若a、b两支试管中分别加入c(H＋)相同、体积相同的稀盐酸和稀醋酸，则a、b两支试管中开始生成气体的速率v(a)______(填“大于”“小于”或“等于”，下同)v(b)，反应完毕后生成气体的总体积V(a)______V(b)，原因是___________________________________
________________________________________________________________________。
3．25 ℃时，几种弱酸的电离平衡常数如下：
CH3COOH：Ka＝1.75×10－5
H2CO3：Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11
HClO：Ka＝4.0×10－8
(1)CH3COOH、H2CO3、HCO、HClO的酸性由强到弱的顺序：______________________。
(2)CH3COO－、HCO、CO、ClO－结合H＋的能力由强到弱的顺序：__________________
________________________________________________________________________。
(3)写出向NaClO和CH3COONa的混合溶液中通入少量CO2的化学方程式：_____________
________________________________________________________________________。
第2课时　电离平衡常数　强酸与弱酸的比较
[核心素养发展目标]　1.构建电离平衡常数模型，并能应用模型解释弱电解质在水中发生的变化。2.利用电离平衡常数相对大小关系，建立判断强弱电解质和“强酸制弱酸”的思维模型。
一、电离平衡常数
1．概念
在一定条件下，当弱电解质的电离达到平衡时，溶液里各组分的浓度之间存在一定的关系。对于一元弱酸或一元弱碱来说，溶液中弱电解质电离所生成的各种离子浓度的乘积，与溶液中未电离分子的浓度之比是一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数，通常用Ka、Kb分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数。
2．电离平衡常数的表示方法
(1)一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如：CH3COOHCH3COO－＋H＋
Ka＝；
NH3·H2ONH＋OH－
Kb＝。
(2)多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的，每一步电离都有电离平衡常数，通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如，
H2CO3H＋＋HCO
Ka1＝；
HCOH＋＋CO
Ka2＝。
多元弱酸各步电离常数的大小比较：Ka1 Ka2，因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。
注意　一般多元弱碱为难溶碱，不用电离平衡常数，以后要学到难溶物的溶度积常数。
3．意义
表示弱电解质的电离能力。一定温度下，K越大，弱电解质的电离程度越大，酸(或碱)性越强。
4．电离常数的影响因素
(1)内因：同一温度下，不同弱电解质的电离常数不同，说明电离常数首先由弱电解质的性质所决定。
(2)外因：对于同一弱电解质，电离平衡常数只与温度有关，由于电离为吸热过程，所以电离平衡常数随温度升高而增大。
(1)改变条件，电离平衡正向移动，电离平衡常数一定增大(　　)
(2)同一弱电解质，浓度大的电离平衡常数大(　　)
(3)H2CO3的电离常数表达式为Ka＝(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×
1．已知T ℃时，CH3COOH的Ka＝1.75×10－5。
(1)当向醋酸中加入一定量的盐酸时，CH3COOH的电离常数__________(填“变大”或“变小”或“不变”)，理由是_________________________________________________。
(2)T ℃时，将该溶液加水稀释10倍，则CH3COOH的Ka＝__________。
答案　(1)不变　电离常数只与温度有关　(2)1.75×10－5
2．已知：25 ℃时，下列四种弱酸的电离常数：
CH3COOH HNO2 HCN H2CO3
电离常数 1.75×10－5 5.6×10－4 6.2×10－10 Ka1＝4.5×10－7 Ka2＝4.7×10－11
(1)试比较相同浓度的CH3COOH、HNO2、HCN、H2CO3溶液的酸性强弱。
提示　电离常数越大，酸性越强，故酸性：HNO2＞CH3COOH＞H2CO3＞HCN。
(2)向HNO2溶液中加入一定量的盐酸时，HNO2的电离平衡向哪个方向移动？此时HNO2的电离常数是否发生变化？为什么？
提示　HNO2溶液中存在电离平衡：HNO2H＋＋NO，加入盐酸，上述平衡逆向移动；此时HNO2的电离常数不变；原因是溶液的温度不变。
(3)判断反应NaNO2＋CH3COOH===CH3COONa＋HNO2是否正确？向NaCN溶液中通入少量CO2，反应能否进行？若能进行，写出反应的化学方程式。
提示　不正确。原因是HNO2的酸性强于CH3COOH，故反应不能发生。因酸性：H2CO3＞HCN＞HCO，故向NaCN溶液中通入CO2，不论CO2是否过量，产物均为HCN和NaHCO3，反应的化学方程式为NaCN＋H2O＋CO2===HCN＋NaHCO3。
1．(2022·大连高二检测)相同温度下，根据三种酸的电离常数，下列判断正确的是(　　)
酸 HCN CH3COOH H3PO2
电离常数K 6.2×10－10 1.75×10－5 5.9×10－2
A.三种酸的强弱关系：HCN>CH3COOH>H3PO2
B．反应H3PO2＋CH3COO－===CH3COOH＋H2PO能够发生
C．由电离常数可以判断，H3PO2属于强酸，HCN和CH3COOH属于弱酸
D．相同温度下，1 mol·L－1 HCN溶液的电离常数大于0.1 mol·L－1HCN溶液的电离常数
答案　B
解析　酸性越强电离平衡常数越大，三种酸的强弱关系：HCN2．(2022·重庆市万州第二高级中学高二检测)下列说法正确的是(　　)
A．向浓度为0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中加冰醋酸，则增大
B．浓度为0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液，升高温度，平衡正向移动，醋酸的电离程度增大
C．浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液，加水稀释，亚硫酸的电离程度增大，SO浓度也增大
D．向浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液中通入少量氯气，pH会增大
答案　B
解析　向浓度为0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中加冰醋酸，电离平衡正向移动，c(H＋)增大，但Ka不变，则＝减小，A不正确；CH3COOH在溶液中的电离过程需要吸收热量，升高温度，平衡正向移动，醋酸的电离程度增大，B正确；浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液，加水稀释，虽然亚硫酸的电离程度增大，SO的物质的量增大，但溶液体积增大占主导地位，所以SO浓度减小，C不正确；向浓度为0.1 mol·L－1 H2SO3溶液中通入少量氯气，发生反应：H2SO3＋Cl2＋H2O===2HCl＋H2SO4，溶液的pH减小，D不正确。
二、电离常数的计算和应用
1．电离常数的计算——三段式法
例：25 ℃ a mol·L－1的CH3COOH
CH3COOHCH3COO－＋H＋
起始浓度/(mol·L－1)　　a　　　　　　0　　　0
变化浓度/(mol·L－1)　　x　　　　　　x　　　x
平衡浓度/(mol·L－1)　a－x　　　　　　x　　　x
则Ka＝＝≈。
注意　由于弱电解质的电离程度比较小，平衡时弱电解质的浓度为(a－x) mol·L－1，一般近似为a mol·L－1。
2．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，相同条件下，电离平衡常数越大，酸性(或碱性)越强。
(2)根据电离平衡常数可以判断盐与酸(或碱)反应是否发生，相同条件下相对强的酸(或碱)可以制相对弱的酸(或碱)。
(3)根据浓度商Q与电离平衡常数K的相对大小判断电离平衡的移动方向。
(4)根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。
如0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液加水稀释，＝＝，加水稀释时，c(H＋)减小，Ka不变，则增大。
3．电离度(α)
α＝×100%或α＝×100%
(1)意义：表示弱电解质的电离程度，同一弱电解质电离度越大，电离程度越大。
(2)电离度的影响因素
注意　电离度与化学平衡的转化率类似。
1．如何从定量的角度判断醋酸溶液中加水稀释一倍后，电离平衡移动的方向？
提示　Ka＝，稀释一倍后，假设平衡不移动，则Q＝＝Ka，Q2．电离平衡常数与电离度的关系
在一定温度下，已知b mol·L－1的一元弱酸HA溶液中，电离度为α，电离平衡常数为Ka，试推导b、α、Ka三者之间关系：________________。
答案　Ka＝
解析　　　　　HAH＋＋A－
平衡时　　　b－bα　bα　　bα
Ka＝＝。
1．弱酸、弱碱的电离程度可以分别用它们的电离常数(Ka、Kb)或电离度(α)表示，请根据下列情景列式计算。
(1)乙酰水杨酸是一种一元弱酸(可用HA表示)，在一定温度下，0.1 mol·L－1的乙酰水杨酸的水溶液中，乙酰水杨酸的电离常数Ka为3.4×10－4，求该酸的电离度为______。
(2)已知在25 ℃时，1 mol·L－1氨水中NH3·H2O的电离度为0.42%，求NH3·H2O的电离常数Kb＝__________。
答案　(1)5.8%　(2)1.77×10－5
解析　(1)设初始浓度为0.1 mol·L－1的HA的电离度约为x，则电离平衡时c(H＋)、c(A－)的浓度为0.1x mol·L－1，c(HA)为(0.1－0.1x)mol·L－1，则Ka＝＝＝3.4×10－4
计算得出：x≈0.05 8＝5.8%。
(2)已知在25 ℃时，1 mol·L－1氨水中NH3·H2O的电离度为0.42%，则
c(NH)＝c(OH－)＝0.004 2 mol·L－1，则
Kb＝＝≈1.77×10－5。
2．在一定温度下，加水逐渐稀释1 mol·L－1氨水的过程中，随着水量的增加，请说明溶液中下列含量的变化：
(1)n(OH－)______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)______。
(3)________。
答案　(1)增大　(2)增大　(3)不变
解析　加水稀释，NH3·H2O的电离平衡向电离方向移动，n(OH－)逐渐增大，n(NH3·H2O)逐渐减小，＝，所以逐渐增大；电离平衡常数Kb＝，只与温度有关，所以加水稀释时不变。
三、强酸与弱酸的比较
1．相同体积、相同物质的量浓度的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
比较项目 酸 c(H＋) 酸性 中和碱的能力 与足量活泼金属反应产生H2的总量 与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸 大 强 相同 相同 大
一元弱酸 小 弱 小
2.相同体积、相同c(H＋)的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
比较项目 酸 c(H＋) 酸性 中和碱的能力 与足量活泼金属反应产生H2的总量 与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸 相同 相同 小 少 相同
一元弱酸 大 多
如何判断电解质的强弱？
提示　(1)从弱电解质电离特点分析，部分电离，离子浓度小
①在相同浓度、相同温度下，与强电解质溶液做导电性对比实验。
②在相同浓度、相同温度下，比较反应速率的快慢，如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸溶液中，开始时反应速率前者比后者快。
(2)从影响电离平衡的外界因素分析
①采用实验证明电离平衡的存在，如醋酸溶液中滴入紫色石蕊溶液后溶液变为红色，再加入CH3COONa晶体，颜色变浅。
②相同c(H＋)、相同体积的强酸和弱酸溶液与碱反应时，消耗碱多的为弱酸。
1．相同体积、相同c(H＋)的某一元强酸溶液①和某一元弱酸溶液②分别与足量的锌粉发生反应，下列关于产生氢气的体积(V)随时间(t)变化的示意图正确的是(　　)
答案　C
解析　相同体积、相同c(H＋)的一元强酸和一元弱酸，刚开始与锌粉反应的速率是相同的，随着反应进行，弱酸能继续电离出H＋，故其反应速率比强酸的大，排除B、D项；弱酸的物质的量浓度大于强酸的，所以弱酸与足量的锌粉反应生成氢气的量较多，排除A项。
2．在a、b两支试管中分别装入形态相同、质量相等的一颗锌粒(锌足量)，然后向两支试管中分别加入相同物质的量浓度、相同体积的稀盐酸和稀醋酸。填写下列空白：
(1)a、b两支试管中生成气体的速率v(a)______ (填“大于”“小于”或“等于”，下同) v(b)，反应完毕后生成气体的总体积V(a)______V(b)，原因是________________________
________________________________________________________________________。
(2)若a、b两支试管中分别加入c(H＋)相同、体积相同的稀盐酸和稀醋酸，则a、b两支试管中开始生成气体的速率v(a)______(填“大于”“小于”或“等于”，下同)v(b)，反应完毕后生成气体的总体积V(a)______V(b)，原因是__________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)大于　等于　反应开始时，盐酸中所含H＋的浓度较大，但二者最终能电离出的H＋的总物质的量相等　(2)等于　小于　开始时c(H＋)相同，所以速率相等，醋酸是弱电解质，最终电离出的H＋的总物质的量大
解析　(1)物质的量浓度相同时，盐酸是强酸，醋酸是弱酸，盐酸电离出的c(H＋)远大于醋酸电离出的c(H＋)，醋酸产生H2的速率比盐酸小。反应完毕后，因为n(HCl)＝n(CH3COOH)，故最终产生H2的量相等。(2)c(H＋)相同时，反应开始时产生H2的速率相等。反应完毕后，因c(H＋)相同，醋酸浓度大，则n(HCl)3．25 ℃时，几种弱酸的电离平衡常数如下：
CH3COOH：Ka＝1.75×10－5
H2CO3：Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11
HClO：Ka＝4.0×10－8
(1)CH3COOH、H2CO3、HCO、HClO的酸性由强到弱的顺序：________________________
________________________________________________________________________。
(2)CH3COO－、HCO、CO、ClO－结合H＋的能力由强到弱的顺序：_____________________
________________________________________________________________________。
(3)写出向NaClO和CH3COONa的混合溶液中通入少量CO2的化学方程式：______________
________________________________________________________________________。
答案　(1)CH3COOH＞H2CO3＞HClO＞HCO
(2)CO＞ClO－＞HCO＞CH3COO－
(3)NaClO＋CO2＋H2O===HClO＋NaHCO3
解析　(1)据电离平衡常数分析，三种酸的酸性由强到弱的顺序为CH3COOH>H2CO3>HClO>
HCO。
(2)越弱的酸对应的酸根离子结合H＋的能力越强。
(3)据题给电离平衡常数可知，酸性：H2CO3>HClO>HCO，据强酸制弱酸原理，向NaClO溶液中通入少量CO2反应的化学方程式为NaClO＋CO2＋H2O===HClO＋NaHCO3。