高中化学选修4水溶液中的离子平衡讲义

1高中化学选修4水溶液中的离子平衡讲义第一节弱电解质的电离——“微弱”弱电解质的电离平衡的建立：在一定条件下，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时，电离过程达到平衡状态。影响电离平衡的因素：（1）内因：电解质本身性质（2）①温度②浓度③相同离子的影响【例题】在0.1mol/LCH3COOH溶液中存在如下电离平衡：CH3COOHCH3COO－+H+，对于该平衡，下列叙述正确的是A．温度升高，平衡向逆反应方向移动B．加入少量NaOH固体，平衡向正反应方向移动C．加入少量0.1mol/LHCl溶液，溶液中c(H+)减小D．加入少量醋酸钠固体，CH3COOH的电离程度增大电离平衡常数——只与温度有关的常数在一定条件下，弱电解质的电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积跟溶液中分子浓度的比值是一个常数。酸用Ka表示，碱用Kb表示。以CH3COOHCH3COO－+H+为例，Ka=__________【例题】（双选）已知在0.1mol/LCH3COOH溶液中存在如下电离平衡：CH3COOHCH3COO－+H+，要使溶液中c(H+)/c(CH3COOH)增大，可以采取的措施是A．加入少量烧碱溶液B．升高温度C．加入少量冰醋酸D．加水多元弱酸的电离常数：多元弱酸分布电离，每步各有电离常数，通常用Ka1、Ka2、Ka3表示。例如H3PO4是三元中强酸Ka1=___________Ka2=___________Ka3=___________多元弱酸的酸性以第一步电离为主，K1＞＞K2＞＞K3电离常数的意义及影响因素（1）意义K越大，弱电解质的电离程度越大，酸性或碱性越强。（2）影响因素①不同电解质在相同温度下K值不同②只受温度影响（弱电解质的电离过程热效应较小，通常在室温下，可以忽略电离过程热效应对电离常数的影响）2【例题】已知下面三个数据：7.2×10－4、4.6×10－4、4.9×10－10分别是三种酸的电离平衡常数，若已知这些酸可发生如下反应：①NaCN+HNO2=HCN+NaNO2②NaCN+HF=HCN+NaF③NaNO2+HF=HNO2+NaF由此可判断下列叙述中不正确的是A．HF的电解平衡常数为7.2×10－4B．HNO2的电离平衡常数为4.9×10－10C．根据①和③两个反应即可知三种酸的相对强弱D．HNO2的电离平衡常数比HCN大，比HF小【变式1】已知25℃，醋酸溶液中存在如下关系：[c(H+)·c(CH3COO－)]/c(CH3COOH)=1.75×10－5（1）当向该溶液中加入一定量盐酸时，上式中的数值是否发生变化？为什么？（2）若醋酸的起始浓度0.01mol/L，平衡时c(H+)是多少？【变式2】在常温下，cmol/L的醋酸溶液中出c(H+)=amol/L，试用a、c表示该温度下醋酸的电离常数Ka_____________【变式3】已知室温下，0.1mol/L某一元酸HA在水中有0.1％发生电离，下列叙述错误的是A．该溶液的pH=4B．升高温度，溶液的pH增大C．此酸的电离平衡常数约为1×10-7D．由HA电离出的c(H+)约为水电离出c(H+)的106倍完成下表（以醋酸的电离平衡）条件条件变化平衡移动方向c(H+)n(H+)CH3COOH的电离程度Ka浓度加水稀释加冰醋酸温度升温电解质加NaOH加盐酸加醋酸钠化学反应加Mg相同物质的量浓度、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较酸c(H+)pH中和碱的能力开始与Zn反应的速率与足量Zn反应所需时间与足量Zn反应产生H2的量与足量Zn反应过程中的反应速率一元强酸一元弱酸3相同pH、相同体积的一元强酸与一元弱酸的比较酸c(H+)溶液中物质的量浓度中和碱的能力开始与Zn反应的速率与足量Zn反应产生H2的量与足量Zn反应过程中的反应速率一元强酸一元弱酸弱电解质的判断依据——存在电离平衡以一元弱酸HA为例，证明它是弱电解质的方法方法依据（实验设计或现象）测定酸溶液的pH盐溶液的pH对比相同浓度一元强酸溶液的导电性分别与相同浓度一元强酸和金属Mg反应【例题】下列事实能够说明HNO2是弱电解质的是__________①HNO2溶液红存在HNO2分子②用HNO2溶液做导电实验，灯光很暗③HNO2溶液不与Na2SO4反应④0.1mol/LHNO2溶液中，pH为2.1⑤相同浓度时，HNO2溶液的导电能力比HCl溶液的导电能力弱【课堂练习】1．将浓度为0.1mol/LHF溶液加水不断稀释，下列各量始终不断增大的是A．c(H+)B．Ka(HF)C．c(F－)/c(H+)D．c(H+)/c(HF)2．甲酸（HCOOH）是一种一元弱酸，下列性质可以证明它是弱电解质的是A．常温下，1mol/L甲酸溶液中的pH为2B．甲酸能与碳酸钠反应放出二氧化碳C．1mol/L的甲酸溶液10mL恰好与10mL1mol/L的NaOH溶液完全反应D．在相同条件下，甲酸溶液的导电性比盐酸弱3．对于弱酸，在一定温度下达到电离平衡时，各微粒的浓度存在一种定量关系若25℃时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KHClOHClOH++ClO-3.0×10-8CH3COOHCH3COOHCH3COOH-+H+1.76×10-5H2CO3H2CO3H++HCO3-HCO3-H++HCO32-K1=4.31×10-7K2=5.61×10-11H2SH2SH++HS-HS-H++S2-K1=9.1×10-8K2=1.1×10-12H3PO4H3PO4H++H2PO4-H2PO4-H++HPO42-HPO42-H++PO43-K1=7.52×10-3K2=6.23×10-8K3=2.20×10-134回答下列各题：（1）K只与温度有关，当温度升高时，K值______（填“增大”、“减小”或“不变”）（2）在温度相同时，各弱酸的K值不同，那么K值的大小与酸性的相对强弱有何关系？____________________________________（3）若把CH3COOH、H2CO3、HCO3-、H2S、HS-、H3PO4、H2PO4-、HPO42-都看作是酸，其中酸性最强的是______，最弱的是_________（4）多元弱酸是分步电离的，每一步都有相应的电离平衡常数，对于同一种多元弱酸的K1、K2、K3之间存在着数量上的规律是K1：K2：K3≈1：10-5：10-10，产生此规律的原因是：__________________________________________（5）根据以上碳酸和次氯酸的电离常数，写出下列条件下所发生反应的离子方程式：①将少量的氯气通到过量的碳酸钠溶液中_____________________________________②在过量的氯水中滴入少量的碳酸钠溶液_______________________________________第二节水的电离和溶液的酸碱性水的离子积Kw：一定温度下，当水的电离达到平衡时，电离产生的H+与OH－浓度的乘积是一个常数。Kw=c(H+)·c(OH－)室温下，Kw=1.0×10－14100℃时，Kw=1.0×10－12【知识点需知】①Kw是一个只与温度有关的常数②Kw不仅适用于纯水，也适用于酸碱盐等溶液③Kw=c(H+)·c(OH－)式中，c(H+)·c(OH－)均指溶液中的H+与OH－浓度；水电离出的c(H+)与c(OH－)相等【例题】将纯水加热到较高温度，水的离子积_____，pH_____，显_____性【变式】某温度下，纯水的c(H+)=2×10－7mol/L，则此时c(OH－)=________，Kw=_______，温度不变，向水中滴加盐酸，使c(H+)=2×10－3mol/L，则c(OH－)=_______。【变式1】水的电离平衡曲线如图所示，下列说法不正确．．．的是A．图中五点KW间的关系：B＞C＞A=D=EB．若从A点到D点，可采用：保持温度不变,在水中加入少量的酸C．若处在B点时，将pH=2的硫酸与pH=10的KOH溶液等体积混合后，溶液显中性D．若从A点到C点，可采用：在水中加入适量的NH4NO3固体的变化5影响水的电离平衡因素（1）温度__________________________________________________（2）酸、碱_______________________________________（3）外加试剂的影响_____________________________________【例题】25℃时，水的电离达到平衡：H2OH++OH－下列叙述中正确的是A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c(OH－)降低B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H+)增大，Kw不变C．向水中加入少量固体醋酸钠，平衡逆向移动，c(H+)降低D．将水加热，Kw增大，pH不变【变式】25℃时，在等体积的①pH＝0的H2SO4溶液，②0.05mol·L－1的Ba(OH)2溶液，③pH＝10的Na2S溶液，④pH＝5的NH4NO3溶液中，发生电离的水的物质的量之比是A．1∶10∶1010∶109B．1∶5∶5×109∶5×108C．1∶20∶1010∶109D．1∶10∶104∶109【变式1】25℃时，某溶液中，由水电离出的c(H+)=1×10-12mol·L-1，则该溶液的c(H+)可能是A．1×10-12mol·L-1B．1×10-7mol·L-1C．1×10-6mol·L-1D．1×10-2mol·L-1【变式2】常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是A．1mol/L的NaClO溶液中：Fe2+、K+、I－、Cl－B．加入铝片能放出氢气的溶液中：K+、Ba2+、Cl－、NH4+C．由水电离出c(OH－)=1×10－12mol/L的溶液中：NH4+、HCO3－、Na+、Cl－D．c(H+)/c(OH－)=1×10－14的溶液中：K+、Na+、Cl－、SiO32－【变式3】常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是A．使酚酞变红色的溶液中：Na+、Al3+、SO42－、Cl－B．Kw/c(H+)=1×10－12mol/L的溶液中：NH4+、Ca2+、Cl－、NO3－C．加入铝片能放出氢气的溶液中：Fe2+、K+、NO3－、SO42－D．由水电离出c(H+)=1×10－12mol/L的溶液中：K+、Na+、AlO2－、CO32－【变式4】①pH=2的醋酸；②pH=2的盐酸；③pH=12的氨水；④pH=12的NaOH溶液。相同条件下，有关上述溶液的比较中不正确的是A．水电离的c(H+)：①=②=③=④B．若将②③溶液混合后，pH=7，则消耗溶液的体积：②＞③C．等体积的①②④溶液分别与足量铝粉反应，生成H2的量：②最大D．向溶液中加水100mL后，溶液的pH：③＞④＞②＞①【变式5】KMnO4是一种重要的氧化剂（1）①在酸性条件下KMnO4的氧化性会增强。用来酸化KMnO4溶液的最佳试剂是_____A．硝酸B．盐酸C．硫酸②将氧化C2O42－的离子方程式补充完整6_____MnO4－+_____C2O42－+________——____Mn2++_____CO2↑+________（2）某同学为测定KMnO4溶液的浓度，进行如下实验：①用配制号的0.04mol/L的Na2C2O4溶液来滴定某KMnO4溶液的浓度。每次量取25.00mL的Na2C2O4溶液，滴定三次分别消耗KMnO4溶液的体积是20.00mL、19.80mL、20.20mL，则KMnO4溶液的浓度为______溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH－)的关系溶液是酸性还是碱性，决定的根本因素是c(H+)与c(OH－)大小关系_________________________________________________________________【例题】下列溶液一定显酸性的是A．溶液中c(OH－)＞c(H+)B．滴加石蕊变红C．溶液中c(H+)=10－6D．pH＜7的溶液【变式1】已知温度T时