探究盐溶液的酸碱性
【学习目标】
1、认识盐类的组成与盐溶液酸碱性的关系,从而理解盐类水解的原理;
2、以水的电离平衡为基础,认真分析盐类电离出的阴、阳离子与水电离出的H+或OH-结合生成弱酸或弱碱的趋势,明确不同盐溶液呈现不同酸碱性的本质;
3、掌握盐类水解的离子方程式与化学方程式的书写。
【要点梳理】
要点一、盐类水解的实质
1.定义
⑴以CH3COONa为例探究盐类的水解 CH3COONa溶于水之后,完全电离————强电解质 CH3COONa ═ CH3COO-?+ Na+………① ————(电离出的离子既没有H+,也没有OH-) 把CH3COONa溶于水之后,溶液中还存在的电离平衡: H2O?H+?+ OH-………②————(纯水中c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol/L,显中性) CH3COOH是一种弱酸,在溶液中部分电离,溶液中既然存在CH3COO-和H+,根据可逆反应, 反应物和生成物同时共存,那么就一定有CH3COOH。 CH3COO-?+ H+?CH3COOH………③(CH3COONa电离产生的CH3COO-与水电离产生的H+) 随着CH3COONa的加入,CH3COO-?结合水电离出的H+,破坏了水的电离平衡,使水的电离平衡右移。溶液中c(OH-)>1.0×10-7mol/L>c(H+),CH3COONa水溶液显碱性。 ⑵盐类水解的定义 在溶液中盐电离出来的离子跟水所电离出来的H+?或 OH-结合生成弱电解质的反应,叫做盐类的水解。(在溶液中由盐电离出的弱酸的阴离子或弱碱的阳离子跟水电离出的氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质(弱酸或弱碱),破坏了水的电离平衡,使其平衡向右移动,引起氢离子或氢氧根离子浓度的变化。 ? 酸 + 碱 ? 盐 + 水
2.实质
在溶液中盐电离出来的弱酸的阴离子或弱碱的阳离子和水电离出的H+或OH-离子结合生成弱电解质,促进了水的电离。 注意: ①只有弱酸的阴离子或弱碱的阳离子才能与H+?或 OH-结合生成弱电解质。 ②盐类水解使水的电离平衡发生移动,促进水的电离,使水电离出的c(OH-)≠c(H+)并使溶液呈酸性或碱性。 ③盐类水解反应是酸碱中和反应的逆反应。水解程度很小,故水解产物极少,盐溶液的酸碱性极弱。
3.水解特征
可逆:盐类水解和酸碱中和反应互为可逆反应。
微弱:盐类水解非常微弱,进行程度小,一般无沉淀、气体产生。
吸热:中和反应是放热反应,盐类的水解是吸热反应。
[特别提醒] 盐类水解的条件:
(1)必须有“弱根”离子(弱酸酸根阴离子、弱碱阳离子)。
(2)盐必须易溶于水(如CaCO3难溶于水,可以不考虑盐类的水解)。
要点二、盐类水解的规律
盐类水解规律可概括为“有弱才水解,无弱不水解,越弱越水解,都弱双水解,谁强显谁性”。具体理解如下:
1、“有弱才水解,无弱不水解”是指盐中有弱酸酸根离子或者是弱碱阳离子,才能水解;若没有,则是强酸强碱盐,不发生水解反应。
2、“越弱越水解”指的是弱酸酸根离子对应的酸越弱,就越容易水解;弱碱阳离子对应的碱越弱,就越容易水解。
3、“都弱双水解”是指弱酸弱碱盐电离出的弱酸酸根离子和弱碱阳离子都发生水解,且相互促进。
4、“谁强显谁性”是指当盐中的弱酸酸根离子对应的酸比弱碱阳离子对应的碱更容易电离时,则水解后盐溶液显酸性;反之,就显碱性。
以上规律可用表格表示如下:
盐的类型
实例
是否水解
水解离子
溶液的pH
对水的电离的影响
强酸强碱盐
NaCl、K2SO4
不水解
无
pH=7
无
强酸弱碱盐
NH4Cl、CuSO4、FeCl3
水解
NH4+、Cu2+、Fe3+
pH<7
促进水的电离
强碱弱酸盐
Na2S、Na2CO3、NaHCO3
水解
S2-、CO32―、HCO3―
pH>7
弱酸弱碱盐
CH3COONH4、(NH4)2S
水解
CH3COO―、NH4+、S2―
——
[说明]
酸式盐是显酸性还是显碱性,要看其电离和水解的相对强弱。若电离能力比水解能力强(如NaHSO4、NaH2PO4),则水溶液呈酸性,NaHSO4只电离不水解也显酸性。若水解能力超过电离能力(如NaHCO3、Na2HPO4),则水溶液显碱性。
要点三、盐类水解离子方程式的书写
(1)一般盐类水解程度很小,水解产物很少,通常不生成沉淀和气体,也不发生分解,因此盐类水解的离子方程式中不标“↑”或“↓”,也不把生成物(如NH3·H2O、H2CO3等)写成其分解产物的形式。
(2)盐类水解是可逆反应,是中和反应的逆反应,而中和反应是趋于完全的反应,所以盐类的水解反应是微弱的。盐类水解的离子方程式一般不写“=”而写“”。
(3)多元弱酸酸根离子的水解离子方程式应分步书写,且以第一步水解为主,如CO32-水解的离子方程式为:
CO32-+H2OHCO3-+OH-(主要)
HCO3-+H2OH2CO3+OH-(次要)
若写成CO32-+2H2OH2CO3+2OH-或CO32-+H2OCO2+2OH-等,则都是错误的。
(4)多元弱碱的阳离子水解的离子方程式较复杂,中学阶段只要求一步写到底即可。值得注意的是,其最终生成的弱碱即使是难溶物也不标“↓”状态符号,因其水解生成的量极少,不会生成沉淀(但可形成胶体),如Al3+水解的离子方程式常写成:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+。
要点诠释:(1)盐类水解的离子方程式同样遵循质量守恒定律和电荷守恒定律。
(2)要将盐的电离方程式与盐类水解的离子方程式区别开来。如HS-+H2S2-+H3O+是HS-的电离方程式,而HS-+H2OH2S+OH-则是HS-水解的离子方程式。
(3)实验室制Fe(OH)3胶体时,因水解较彻底用“=”,Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+。
【典型例题】
类型一、盐类水解的实质及水解规律
例1.对H2O的电离平衡不产生影响的粒子是( )
【思路点拨】弱酸的阴离子或者弱碱的阳离子在水中会与水电离的氢离子或者氢氧根结合,从而促进水的电离。
【答案】C
【解析】水的电离方程式为:H2OH++OH―。A溶于水成为盐酸,电离产生H+,使得平衡左移;B中质子数为26的离子是Fe3+,其能发生水解,使得平衡右移;C表示的是Cl―,不影响水的电离平衡;D是醋酸根离子,能水解,使平衡右移。
【总结升华】本题考查水的电离影响因素、化学用语等知识。此类组合题型在近年高考中是首次出现,在以后的高考中可能被其他省市高考命题者借鉴。本题的解答关键是掌握常见的化学用语,理解水的电离影响因素,如向水中加入酸或碱,抑制水的电离;加入水解盐,促进水的电离;升高温度,促进水的电离等。
举一反三:
【变式1】pH=4的醋酸和氯化铵溶液中,水的电离程度的关系前者与后者比较( )
A.大于 B.小于 C.等于 D.无法确定
【答案】B
【变式2】(2019 石家庄二中)温度相同,浓度均为0.2 mol·L-1的①(NH4)2SO4,②NaNO3,③NH4HSO4,
④NH4NO3,⑤CH3COONa溶液,它们的pH由小到大的排列顺序是( )
A.③①④②⑤ B.①③⑤④② C.③②①⑤④ D.⑤②④①③
【答案】A
【解析】首先根据盐类水解规律将其按酸碱性分组,呈酸性的是①③④,呈中性的是②,呈碱性的是⑤。在呈酸性的①③④中,NH4HSO4完全电离出H+,其溶液的酸性最强,其pH最小,(NH4)2SO4溶液中的NH4+浓度大于NH4NO3溶液中的NH4+浓度,其达到水解平衡时,(NH4)2SO4溶液中的H+浓度大于NH4NO3溶液中的H+浓度。CH3COONa溶液呈碱性,pH最大,综上所述,其pH由小到大的排列顺序是③①④②⑤。
类型二、水解方程式的书写
例2.在一定条件下发生下列反应,其中属于盐类水解反应的是( )
A.NH4++2H2ONH3·H2O+H3O+ B.HCO3―+H2OH3O++CO32―
C.HS―+H+==H2S↑ D.Cl2+H2OH++Cl―+HClO
【思路点拨】H3O+代表的是H+,水解是指盐类的水解。
【答案】A
【解析】A项,NH4+的水解一般表示为:NH4++H2ONH3·H2O+H+,也可表示为:NH4++2H2ONH3·H2O+H3O+。B项,实则表示HCO3―的电离:HCO3―H++CO32―。C项,水不能拆成离子,HS―水解的离子方程式为:HS―+ H2O ==H2S+ OH―;D项,Cl2发生的不是盐类水解。
【总结升华】记住盐中含有弱酸阴离子或弱碱阳离子才能水解,要善于区别水解方程式和电离方程式。
举一反三:
【变式1】(2019 河南信阳)下列反应的化学方程式中,属于水解反应的是( )
A.2H2OH3O++OH- B.+OH-H2O+
C.+H2O+H3O+ D.+H2O+OH-
【答案】D
【解析】观察可知AC均为电离方程式,A项也可简化写为:H2OH++OH-;而B是OH-中和电离出的H+,只有D是水解反应。
【巩固练习】
一、选择题
1.(2019 山东滨州)能促进水的电离,并使溶液中c(H+)>c(OH-)的操作是( )
①将水加热煮沸 ②向水中投入一小块金属钠 ③向水中通CO2 ④向水中加入明矾晶体 ⑤向水中加NaHCO3固体 ⑥向水中加NaHSO4固体
A.①②④⑤ B.①④⑤
C.③④⑤ D.④
2.下列操作会促进H2O的电离,且使溶液pH>7的是( )
A.将纯水加热到90℃
B.向水中加少量NaOH溶液
C.向水中加少量Na2CO3溶液
D.向水中加少量FeCl3溶液
3.(2019 河南郑州)下列离子方程式中,属于水解反应的是( )
A.HCOOH+H2OHCOO-+H3O+
B.CO2+H2OHCO3-+H+
C.CO32-+H2OHCO3-+OH-
D.HS-+H2OS2-+H3O+
4.下列离子方程式正确的是( )
A.硫化钠水解:S2-+2H2OH2S↑+2OH-
B.硫氢化钠水解:HS-+H2OH3O++S2-
C.制Fe(OH)3胶体:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+
D.NaCN水解:CN-+H2O=HCN+OH-
5.物质的量浓度相同时,下列既能跟NaOH溶液反应,又能跟盐酸反应的溶液中,pH最大的是( )
A.Na2CO3溶液 B.NH4HCO3溶液
C.NaHCO3溶液 D.NaHSO4溶液
6.在Na2S溶液中c(Na+)与c(S2―)的比值( )
A.大于2 B.等于2 C.小于2 D.等于1:2
7.在25℃时,pH值等于10的KOH溶液与CH3COOK溶液中水的电离程度比较( )
A.相等 B.前者比后者大 C.后者比前者大 D.两者都比纯水电离度小
8.在含有酚酞的0.1 mol / L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
9.0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液的pH最接近于( )
A.5.6 B.7.0 C.8.4 D.13.0
10.常温时,以下4种溶液pH最小的是( )
A.0.01 mol / L醋酸溶液
B.0.02 mol / L醋酸与0.02 mol / L NaOH溶液等体积混合液
C.0.03 mol / L醋酸与0.01 mol / L NaOH溶液等体积混合液
D.pH=2的盐酸与pH=12的NaOH溶液等体积混合液
11.实验室有下列试剂:①NaOH溶液;②水玻璃:③Na2S溶液;④Na2CO3溶液;⑤NH4Cl溶液:⑥澄清的石灰水;⑦浓硫酸,其中必须用带橡胶塞的试剂瓶保存的是( )
A.①和⑥ B.①②③④和⑥ C.①②③和⑥ D.①②③和⑤
12.(2019 山东菏泽)25 ℃时,浓度均为0.2 mol/L的NaHCO3和Na2CO3溶液中,下列判断不正确的是( )
A.酸根阴离子均存在电离平衡和水解平衡
B.存在的粒子种类相同
C.c(OH-)前者小于后者
D.分别加入NaOH固体,恢复到原温度,c(CO)均增大
13.(2019 四中期中)常温下,下列各组数据中比值为2:1的是( )
A.K2SO3溶液中c(K+)与c(SO32-)之比
B.0.2mol·L-1的CH3COOH溶液与0.1mol·L-1的盐酸中c(H+)之比
C.pH=7的氨水与(NH4)2SO4的混合溶液中,c(NH)与c(SO)之比
D.pH=12的Ba(OH)2溶液与pH=12的KOH溶液中溶质的物质的量浓度之比
14.常温下,某溶液中由水电离的c(H+)=1×10-13 mol/L,该溶液可能是( )
①二氧化硫水溶液 ②氯化铵水溶液 ③硝酸钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液
A.①④ B.①② C.②③ D.③④
15.将0.1 mol下列物质置于1 L水中,充分搅拌后,溶液中阴离子数最多的是( )
A.KCl B.Mg(OH)2 C.Na2CO3 D.MgSO4
二、填空题
1.盐溶液可能显示出酸性或碱性,是由于某些盐电离出的________或________能结合水电离出的________或________生成弱电解质,从而促使水的电离平衡朝着电离方向移动,这个过程叫做________。强酸强碱盐在溶液中不水解呈________,强酸强碱盐在溶液中水解呈________,强碱弱酸盐在溶液中水解呈________。
2.比较0.1 mol/L下列溶液的pH的大小:CH3COONa(aq)、Na2CO3(aq)、 NaHCO3(aq)
【答案与解析】
一、选择题
1.D
【解析】将水加热可以促进水的电离,但c(H+)=c(OH-);钠与水反应,溶液中c(OH-)增大,抑制水的电离;向水中通入二氧化碳、加入硫酸氢钠,溶液中的c(H+)增大,抑制水的电离;向水中加入碳酸氢钠, HCO3-与水电离出的氢离子结合,促进水的电离,但c(H+)c(OH-)。
2.C
【解析】升温能促进水的电离,但其pH减小,A项错;加酸或加碱将抑制水的电离,B项错;CO32―水解能促进水的电离,使溶液pH>7,C项正确;Fe3+水解质溶液呈酸性,pH<7,D项错。
3.C
【解析】A、D项分别表示HCOOH、HS-的电离过程,B项表示的是二氧化碳与水反应后生成碳酸的电离方程式,C项表示的是碳酸根离子结合水电离的氢离子生成碳酸氢根离子,属于水解反应。
4.C
【解析】A项:应分步书写;B项:实为HS―的电离;D项,应用“”。
5.C
【解析】NH4HCO3、NaHCO3均可与NaOH、HCl反应,但NaHCO3的pH比NH4HCO3大。
6.A
【解析】在Na2S晶体中,c(Na+)与c(S2―)的比值为2:1,但在溶液中S2―会发生水解,从而使得比值增大,所以A项正确。
7.C
【解析】KOH为碱,电离出的OH―会对水的电离有抑制作用;CH3COOK为强碱弱酸盐,电离出的CH3COO-会对水的电离有促进作用,所以本题选C。
8.C
【解析】氨水中存在电离平衡:NH3·H2ONH4++OH―,使酚酞变红;加入NH4Cl后,NH4+的存在对氨水的电离平衡有抑制作用,使得溶液碱性变弱,颜色变浅。本题C项正确。
9.C
【解析】NaHCO3溶液因HCO3―的水解(程度较小)呈碱性,所以A、B两个选项不正确;因为水解的程度是微弱的,所以溶液只能是弱的碱性,故D错。所以本题选C。
10.A
【解析】解答本题时,注意选项中的“等体积混合”条件。B、C选项中的醋酸在等体积混合后浓度均减半并且发生酸碱中和,B完全中和后溶液显碱性,C选项酸过量但酸性没有A选项的强,D选项完全中和后溶液显中性,所以本题选A。
11.B
【解析】碱及水解呈碱性的盐因OH―与玻璃中的SiO2反应生成硅酸盐,使试剂瓶口与瓶塞黏结,因而不能用带玻璃塞的试剂瓶贮存,必须用带橡胶塞的试剂瓶保存。
12.A
【解析】NaHCO3属于酸式盐,既存在水解平衡又存在电离平衡,Na2CO3属于正盐,只存在水解平衡,A项错误,选A。
13.C
【解析】K2SO3溶液中,由于SO水解生成HSO,导致K2SO3溶液中c(Na+):c(SO42-)之比大于2:1。由于CH3COOH是弱酸,只有部分电离;盐酸是强酸,在溶液中全部电离,二者溶液中c(H+)之比小于2:1。pH=7的氨水与(NH4)2SO4的混合溶液中,根据电荷守恒有:c(NH)+c(H+)=2c(SO42-)+c(OH-),因c(H+)=c(OH-),则有c(NH)=2c(SO42-),即c(NH):c(SO42-)=2:1;pH=12的Ba(OH)2溶液中,溶质Ba(OH)2的物质的量浓度为0.005mol·L-1,pH=12的KOH溶液中溶质KOH的物质的量浓度为0.01mol·L-1,Ba(OH)2与KOH溶液中溶质的物质的量浓度之比为1:2。
14.A
【解析】由题意知,加入的物质抑制了水的电离,则该物质一定为酸或碱(盐类水解促进水的电离,如NH4Cl溶液,不水解的盐类不影响水的电离,如NaNO3溶液)。
15.C
【解析】B选项为沉淀,所以阴离子数最少;A、D选项均为强酸强碱盐且都只含有单一阴离子,所以阴离子浓度均为0.1mol/L;C选项为强碱弱酸盐,CO32-会发生水解,生成更多的阴离子,所以数目最多。C选项正确。
二、填空题
1.弱酸阴离子 弱碱阳离子 氢离子 氢氧根离子 盐类的水解 中性 酸性 碱性
【解析】本题是对盐类水解实质的考查,在溶液中盐电离出来的弱酸酸根离子或弱碱阳离子与水电离出的H+或OH-结合生成弱电解质,从而破坏了水的电离平衡,增大了水的电离程度。大多数盐的水解使得溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度不相等,因而使溶液显示出不同程度的酸碱性。
2.pH顺序为:CH3COONa< NaHCO3<Na2CO3
【解析】酸性(提供H+的能力:CH3COOH>H2CO3>HCO3-,
所以结合H+的能力:CH3COO-< HCO3-< CO32- ,
因此原题目中盐溶液的碱性顺序为:CH3COONa< NaHCO3<Na2CO3,
对应盐溶液pH顺序为:CH3COONa< NaHCO3<Na2CO3。