3.2 第1课时 弱电解质的电离平衡 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.2 第1课时　弱电解质的电离平衡
【学习目标】
1.了解弱电解质在水溶液中的电离平衡,理解弱电解质的电离平衡常数概念和电离平衡常数与电离程度的关系。
2.掌握弱电解质的电离平衡及其特征,理解影响弱电解质电离平衡的因素及对电离平衡移动的影响。
3.了解常见弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
4.通过介绍与电离平衡有关的应用知识,体会电离平衡在人类生产、生活中的应用。
【自主预习】
一、电离平衡状态
1.概念:在一定条件(如温度、浓度)下,当弱电解质分子　　　　　　　　和　　　　　　　　相等时,电离过程就达到了电离平衡状态。
2.建立过程
3.电离平衡的特征
二、电离平衡常数
1.定义:在一定条件下达到电离平衡时,弱电解质电离生成的各种离子的　　　　　　　　与溶液中　　　　　　　　之比是一个常数,这个常数称为电离平衡常数,简称电离常数。
2.表达式
一元弱酸:CH3COOHCH3COO-+H+
Ka=　　　　　　　　。
一元弱碱:NH3·H2ON+OH-
Kb=　　　　　　　　。
3.意义:电离常数表征了弱电解质的　　　　　　,根据相同温度下电离常数的大小可以判断弱电解质电离能力的　　　　　　　　。
4.电离平衡常数的特点
(1)电离平衡常数只与　　　　有关,与　　　　无关,且升高温度K值　　　　。
(2)相同条件下,K值越大,表示该弱电解质越　　　　电离,对应的酸性(或碱性)越强。
(3)多元弱酸是　　　　电离,逐级减小且一般相差很大,Ka1 Ka2,故溶液中的c平(H+)主要由第一步电离程度决定。
(4)多元弱碱的电离比较复杂,一般看作是一步电离。
三、电离度
1.定义:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,　　　　　　　　　,称为电离度,用α表示。
2.表达式:α=×100%。
3.影响因素:弱电解质的电离度与溶液的浓度有关,一般而言,浓度越大,电离度越　　　　　　;浓度越小,电离度越　　　　　　。
四、影响电离平衡的因素
1.内因:由弱电解质　　　　　决定的。
2.外因
因素 影响结果
温度 升高温度,电离平衡　　　　移动
浓度 加水稀释,电离平衡　　　　移动
外加 物质 加入与弱电解质电离出的离子相同的离子,电离平衡　　　　移动(同离子效应)
加入与弱电解质电离出的离子反应的离子,电离平衡　　　　移动
【微点拨】
弱电解质电离遵循“越稀越电离,越热越电离”的规律。
【参考答案】一、1.电离成离子的速率　离子结合成弱电解质分子的速率　3.弱电解质　相等　不变
二、1.浓度(次方)的乘积　未电离的分子的浓度
2.　
3.电离能力　相对强弱　4.(1)温度　浓度　增大
(2)易　(3)分步
三、1.已电离的溶质的分子数占原有溶质分子总数的百分率　3.小　大
四、1.本身的性质　2.正向　正向　逆向　正向
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)当CH3COOH在水溶液中达到电离平衡时:c平(CH3COOH)=c平(H+)=c平(CH3COO-)。 (　　)
(2)向氨水中滴加酚酞变红色,说明NH3·H2O是弱电解质。 (　　)
(3)NaHCO3溶液中存在电离平衡:NaHCO3Na++HC。 (　　)
(4)H2CO3的电离常数表达式Ka=。 (　　)
(5)相同温度下,Ka(HF)>Ka(CH3COOH),说明酸性:HF>CH3COOH。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
【解析】(1)弱电解质电离平衡时,溶质分子浓度和离子浓度不一定相等。(2)氨水使酚酞变红,说明溶液中含有OH-,不能说明NH3·H2O部分电离。(3)NaHCO3的电离方程式为NaHCO3Na++HC,HCH++C。(4)Ka1(H2CO3)=,Ka2(HC)=。
2.0.1 mol·L-1 盐酸和0.1 mol·L-1 醋酸的pH相同吗
【答案】盐酸完全电离,酸性强,pH小。
3.pH=3的盐酸和醋酸,酸的浓度相同吗
【答案】pH=3,说明c平(H+)都等于10-3 mol·L-1,醋酸部分电离,说明醋酸的浓度更大。
4.举例说明弱电解质的物质类别。
【答案】弱酸:H2CO3、HClO、H2S、HF、CH3COOH;弱碱:NH3·H2O、Fe(OH)3;水等。
5.如何判断某电解质是否为弱电解质
【答案】①电解质溶液中,电离出的离子与未电离的分子共存。②某一元酸HA,当其浓度为0.1 mol·L-1时,溶液的pH>1。
【合作探究】
任务1：电离平衡常数
情境导入　氢硫酸和次氯酸都是弱酸,那么它们的酸性谁略强一些呢 可通过比较它们的电离程度大小来比较酸性强弱,弱酸的电离程度的大小可用电离平衡常数来衡量。下表是几种常见弱酸的电离平衡常数(25 ℃)。
酸 电离方程式 电离平衡常数Ka/(mol·L-1)
CH3COOH CH3COOHCH3COO-+H+ 1.7×10-5
H2CO3 H2CO3H++HC HCH++C Ka1=4.2×10-7 Ka2=5.6×10-11
H3PO4 H3PO4H++H2P H2PH++HP HPH++P Ka1=7.1×10-3 Ka2=6.2×10-8 Ka3=4.5×10-13
问题生成
1.写出CH3COOH及H2CO3的电离平衡常数表达式。
【答案】CH3COOH的Ka=,H2CO3的Ka1=,Ka2=。
2.同一多元弱酸的Ka1、Ka2、Ka3之间存在着数量上的规律,此规律是什么 产生此规律的原因是什么
【答案】由H3PO4的电离平衡常数知,Ka1∶Ka2∶Ka3≈1∶10-5∶10-10,由于上一级电离产生的H+,会对下一级的电离产生抑制,因此电离程度越来越小,电离平衡常数越来越小。
3.根据上表,若把CH3COOH、H2CO3、HC、H3PO4、H2P、HP都看作是酸,其中酸性最强的是什么 最弱的是什么
【答案】酸性最强的是Ka值最大的,即H3PO4,酸性最弱的是Ka值最小的,即HP。
4.在相同温度下,弱电解质的电离常数越大,则该溶液中的离子浓度越大吗
【答案】弱电解质的电离常数越大,只能说明其分子的电离程度越大。离子的浓度不仅与电离程度有关,还与弱电解质的浓度有关。
5.怎样用电离平衡常数比较弱电解质的相对强弱
【答案】根据电离平衡常数数值的大小,可以初步判断弱电解质电离的趋势,K值越大,电离程度越大,弱酸的酸性越强或弱碱的碱性越强。
【核心归纳】
电离平衡常数及其计算
(1)利用相同条件下不同弱酸的K值大小,可比较酸的相对强弱,K值越大,酸性越强。
(2)多元弱酸只比较第一级电离常数。
(3)电离平衡常数只与温度有关,因为弱电解质的电离是吸热过程,升高温度,电离平衡常数一定增大。
(4)有关电离平衡常数的计算(以弱酸HX为例)。
①已知c0(HX)和c平(H+),求电离平衡常数:
　　　　　　　　　HX　　　　　　H+　+　X-
起始/(mol·L-1): c0(HX)　　　　　　　0　　　　0
平衡/(mol·L-1): c0(HX)-c平(H+)　 c平(H+)　 c平(H+)
则K=。由于弱酸只有极少一部分电离,c平(H+)的数值很小,可做近似处理:c0(HX)-c平(H+)≈c0(HX),则K≈,代入数值求解即可。
②已知c0(HX)和电离平衡常数,求c平(H+):
　　　　　　　　　HX　　　　　　H+　+　X-
起始/(mol·L-1):c0(HX)　　　　　　　0 　　　0
平衡/(mol·L-1):c0(HX)-c平(H+)　 c平(H+)　 c平(H+)
则K=。由于K值很小,c平(H+)的数值很小,可做近似处理:c0(HX)-c平(H+)≈c0(HX),则c平(H+)≈,代入数值求解即可。
【典型例题】
【例1】25 ℃时,H2SO3的电离常数Ka1=1.5×10-2mol·L-1、Ka2=1.0×10-7 mol·L-1,H2S的电离常数Ka1=9.1×10-8 mol·L-1、Ka2=1.1×10-12 mol·L-1。下列说法正确的是(　　)。
A.H2SO3的酸性弱于H2S
B.H2S的酸性弱于H2SO3
C.多元弱酸第一步电离产生的H+对第二步电离有促进作用
D.多元弱酸的酸性主要由第二步电离决定
【答案】B
【解析】相同温度下,H2SO3的一级电离常数大于H2S的一级电离常数,说明H2SO3的酸性比H2S的酸性强,A项错误,B项正确;多元弱酸第一步电离产生的H+对第二步电离有抑制作用,C项错误;多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定,D项错误。
【例2】在25 ℃时,HNO2、HCOOH、HCN、H2CO3的电离常数分别为7.1×10-4 mol·L-1,1.8×10-4 mol·L-1,6.2×10-10 mol·L-1,Ka1=4.2×10-7 mol·L-1、Ka2=5.6×10-11 mol·L-1。等浓度上述溶液中氢离子浓度最小的是(　　)。
A.HNO2　　　　　　　 B.HCOOH
C.HCN D.H2CO3
【答案】C
【解析】电离常数越小,同浓度的酸电离出的c平(H+)越小。若为二元弱酸,则主要看第一步电离。
任务2：弱电解质的电离平衡
情境导入　蚊虫、蚂蚁等昆虫叮咬人时常向人体血液内注入一种人们称之为蚁酸(主要成分为HCOOH)的有机弱酸。当人受到蚊虫等叮咬时,皮肤上常起小疱,这是因为人体血液中酸碱平衡被破坏。若不治疗,过一段时间小疱也会自行痊愈,这是由于血液又恢复了原先的酸碱平衡。你能用平衡移动的原理解释这一事实吗
问题生成
1.请写出HCOOH的电离方程式。
【答案】HCOOHH++HCOO-。
2.人体血液中存在的酸碱平衡为CO2+H2OH2CO3HC,请用平衡移动原理解释情境中的事实。
【答案】向人体血液中注入蚁酸,血液中H+的浓度增大,HC结合H+生成H2CO3,即H2CO3离解平衡向左移动,转化成CO2从肺部呼出,从而维持血液的pH不变。
3.有人说,往伤口上涂抹肥皂水和稀氨水能起到治疗蚊虫叮咬的作用,你同意这一观点吗 为什么
【答案】同意;蚁酸与肥皂水、氨水发生酸碱中和反应,生成无毒的盐和水,起到治疗作用。
【核心归纳】
外界条件对电离平衡的影响
电离平衡的移动符合勒·夏特列原理,离子浓度相当于反应产物的平衡浓度,分子浓度相当于反应物的平衡浓度,外界条件对其影响可归纳为以下几点:
(1)浓度。对于同一弱电解质,浓度越大,电离平衡越向右移动,但是电离程度减小;浓度越小,电离程度越大,即溶液加水稀释时,电离平衡向着电离的方向移动,即“越稀越电离”。
(2)温度。由于弱电解质的电离过程一般是吸热的,因此升高温度,电离平衡向着电离的方向移动。
(3)同离子效应。在弱电解质溶液中加入同弱电解质电离产生相同离子的强电解质时,电离平衡将逆向移动。
(4)化学反应。在弱电解质溶液中加入能与弱电解质电离产生的某种离子反应的物质,电离平衡将向电离的方向移动。
如甲酸的稀溶液中存在平衡:HCOOHH++HCOO-　ΔH>0
改变条件 电离平衡移动方向 H+数目 c(H+) 导电能力
加水稀释 正向 增多 减小 减弱
升温(不考虑分解) 正向 增多 增大 增强
加入少量NaOH(s) 正向 减少 减小 增强
加入少量NaClO(s) 正向 减少 减小 增强
加盐酸 逆向 增多 增大 增强
加铁粉 正向 减少 减小 增强
【典型例题】
【例3】下列有关电离平衡的叙述中正确的是(　　)。
A.电解质达到电离平衡后,各种离子的浓度相等
B.电离平衡时,由于分子和离子的浓度不断发生变化,故电离平衡是动态平衡
C.电离平衡是相对的、暂时的,外界条件改变时,平衡可能会发生移动
D.电解质在溶液里达到电离平衡时,分子的浓度和离子的浓度相等
【答案】C
【解析】A项,电解质达到电离平衡后,电解质电离成离子的速率与离子结合生成分子的速率相等,各种离子的浓度不再变化,但不一定相等,错误;B项,电离平衡状态时,由于电离速率与离子结合生成分子的速率相等,分子和离子的浓度不再发生变化,因此电离平衡是动态平衡,错误;C项,电离平衡是一定条件下的动态平衡,当外界条件改变时,平衡可能会发生移动,然后重新达到平衡状态,正确。
【例4】在氨水中存在下列电离平衡:NH3·H2ON+OH-。
(1)下列情况能引起电离平衡正向移动的有　　　　　(填字母,下同)。
①加NH4Cl固体　②加NaOH溶液　③通入HCl
④加CH3COOH溶液　⑤加水　⑥加压
a.①③⑤　　b.①④⑥　　c.③④⑤　　d.①②④
(2)向含有酚酞的0.1 mol·L-1氨水中加入少量的NH4Cl晶体,则溶液颜色　　　。
a.变蓝色 b.变深 c.变浅 d.不变
(3)写出在一定温度下,加水逐渐稀释1 mol·L-1氨水的过程中,随着水量的增加,溶液中下列含量的变化。
①n(OH-)　　　(填“增大”、“减小”或“不变”,下同);
②　　　;③　　　。
【答案】(1)c　(2)c
(3)①增大　②增大　③不变
【解析】(1)①加入NH4Cl固体相当于加入N,平衡左移;②加NaOH溶液相当于加入OH-,平衡左移;③通入HCl相当于加入H+,中和OH-,平衡右移;④加CH3COOH溶液,相当于加H+,中和OH-,平衡右移;⑤加水稀释,越稀越电离,平衡右移;⑥无气体参加和生成,加压对电离平衡无影响。(2)向氨水中加入NH4Cl晶体,c平(N)增大,则NH3·H2O的电离平衡逆向移动,c平(OH-)减小,颜色变浅。(3)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K=只与温度有关,所以加水稀释时不变。
易错提示：(1)弱电解质的电离是微弱的,在溶液中主要以弱电解质分子形式存在。
(2)对弱电解质溶液升温一般指的是微热,此时电离程度增大,电离常数增大,但是水的离子积一般认为不变。
(3)电离平衡发生正向移动,弱电解质的电离程度不一定增大,如醋酸溶液中加冰醋酸。
(4)多元弱酸分步电离,电离常数逐渐减小,上一步电离产生的H+对下一步的电离起到抑制作用。
(5)弱电解质溶液加水稀释,电离程度增大,但是弱电解质电离出的离子浓度却不是增大,而是减小的。
【随堂检测】
课堂基础
1.在0.2 mol·L-1的CH3COOH溶液中,当CH3COOHH++CH3COO-达到平衡时,若要使CH3COOH的电离程度减小,溶液中的c平(H+)增大,应加入(　　)。
A.CH3COONa固体　　　　　 B.氨水
C.HCl D.H2O
【答案】C
【解析】A项,向CH3COOH溶液中加入CH3COONa固体,CH3COONa溶于水电离出CH3COO-,抑制CH3COOH的电离,CH3COOH的电离程度减小,溶液中的c平(H+)减小,错误;B项,向CH3COOH溶液中加入氨水,氨水和H+反应,促进CH3COOH的电离,CH3COOH的电离程度增大,但溶液中的c平(H+)减小,错误;C项,向CH3COOH溶液中加入HCl,c平(H+)增大,抑制CH3COOH的电离,CH3COOH的电离程度减小,正确;D项,稀释CH3COOH溶液,促进CH3COOH的电离,CH3COOH的电离程度增大,但c平(H+)减小,错误。
2.下列事实能说明醋酸是弱电解质的是(　　)。
A.醋酸能使石蕊溶液变红
B.25 ℃时,0.1 mol·L-1醋酸溶液的pH约为3
C.向醋酸溶液中加入氢氧化钠溶液,溶液pH增大
D.醋酸能与碳酸钙反应产生CO2气体
【答案】B
【解析】使石蕊变红只能说明醋酸在溶液中电离出H+,但不能判断是否完全电离,A项错误;0.1 mol·L-1醋酸溶液pH约为3,即c平(H+)=0.001 mol·L-1,说明醋酸未完全电离,属于弱电解质,B项正确;向醋酸溶液中加入NaOH溶液,因发生中和反应使c平(H+)减小,溶液pH增大,C项错误;醋酸与碳酸钙反应产生CO2气体,只可证明醋酸酸性强于碳酸,但无法判断醋酸是否为弱电解质,D项错误。
3.下列说法正确的是(　　)。
A.电离平衡常数受溶液浓度的影响
B.电离平衡常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.电离常数大的酸溶液中c平(H+)一定比电离常数小的酸溶液中大
D.H2CO3的电离常数表达式:K=
【答案】B
【解析】电离平衡常数是温度的函数,与溶液浓度无关,A项错误;电离平衡常数可以表示弱电解质的相对强弱,B项正确;酸中c平(H+)既跟酸的电离常数有关,还跟酸的浓度有关,C项错误;H2CO3属于二元弱酸,其电离方程式为H2CO3HC+H+、HCH++C,Ka1=,Ka2=,电离以第一步为主,D项错误。
4.下列曲线中,可以描述乙酸(甲,Ka=1.7×10-5 mol·L-1)和一氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3mol·L-1)在水中的电离程度和浓度关系的是(　　)。
　　　
A　　　　　　　　　　　　B
　　　
C　　　　　　　　　　　　D
【答案】B
【解析】根据甲、乙的电离平衡常数得,这两种物质都是弱电解质,在温度不变、浓度相等时,电离程度:CH3COOH对接高考
5.(2019·天津卷,5)某温度下,HNO2和CH3COOH的电离常数分别为5.0×10-4 mol·L-1和1.7×10-5 mol·L-1。将pH和体积均相同的两种酸溶液分别稀释,其pH随加水体积的变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)。
A.曲线Ⅰ代表HNO2溶液
B.溶液中水的电离程度:b点>c点
C.从c点到d点,溶液中保持不变(其中HA、A-分别代表相应的酸和酸根离子)
D.相同体积a点的两溶液分别与NaOH恰好中和后,溶液中n(Na+)相同
【答案】C
【解析】由图可知,稀释相同的倍数,Ⅱ的变化大,则Ⅱ的酸性比Ⅰ的酸性强,Ⅱ代表HNO2,Ⅰ代表CH3COOH,A项错误;酸抑制水的电离,b点pH小,酸性强,对水的电离抑制程度大,B项错误;Ⅱ代表HNO2,==,Kw为水的离子积常数,K(HNO2)为HNO2的电离常数,均只与温度有关,温度不变,则K不变,C项正确;体积和pH均相同的HNO2和CH3COOH溶液,c平(CH3COOH)>c平(HNO2),分别滴加同浓度的NaOH溶液至恰好中和,CH3COOH消耗的氢氧化钠溶液体积多,D项错误。
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