高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 电离平衡学案设计

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第三章水溶液中的离子反应与平衡第一节电离平衡第2课时电离平衡常数1.了解电离平衡常数的含义。2.能利用电离平衡常数进行相关计算。1.知道弱电解质在水溶液中存在电离平衡，培养变化观念与平衡思想。2.通过分析、推理等方法认识强弱电解质的本质特征及电离平衡常数的意义，建立判断强弱电解质和“强酸制弱酸”的证据推理与模型认知。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，用K表示。2．电离平衡常数的表示方法(1)一元弱酸、一元弱碱的电离常数(2)多元弱酸、多元弱碱的电离常数多元弱酸的电离分步进行，各步的电离常数通常分别用Ka1、Ka2、Ka3等来表示。如：一般多元弱酸各步电离常数的大小为Ka1≫Ka2≫Ka3因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。由于多元弱碱为难溶碱，所以一般不用电离平衡常数，而用以后要学到的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值越大，弱电解质的电离程度越大，酸(或碱)性越强。【注意】(1)相同温度下，等浓度的弱酸（或弱碱）的电离常数越大，其酸性（或碱性）越强；（对于多元弱酸（或弱碱）来说，通常只考虑第一步电离的电离常数）(2)相同温度下，弱酸（或弱碱）的酸性（或碱性）越强，其电离常数或第一步电离的电离常数越大。(3)一定温度下，电离常数越大，弱电解质越容易电离，由此判断弱电解质的相对强弱。4．电离常数的影响因素(1)内因：同一温度下，不同的弱电解质的电离常数不同，说明电离常数首先由物质的本性所决定。(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。5．电离常数的计算——三段式法例：25℃amol·L－1的CH3COOHCH3COOHCH3COO－＋H＋起始浓度/mol·L－1a00变化浓度/mol·L－1xxx平衡浓度/mol·L－1a－xxx则＝≈【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(a－x)mol·L－1一般近似为amol·L－1。二．电离度1．定义：弱电解质在溶液中达到电离平衡状态时，已电离的电解质分子数占原有电解质分子总数（包括已电离和未电离）的百分率，称为电离度。2．表达式：电离度通常用ɑ表示。3．意义：电离度实质上表示的是弱电解质达到电离平衡时的转化率，即表示弱电解质在水中的电离程度。特别提示①温度相同，浓度相同时，不同弱电解质的电离度不同。若不同的一元弱酸的a.越大，表示其酸性相对越强。②同一弱电解质的浓度不同，电离度也不同，溶液越稀，电离度越大。一．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。(3)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0.1mol·L－1CH3COOH溶液加水稀释，＝＝，加水稀释时，c(H＋)减小，Ka值不变，则增大。下表是几种弱酸在常温下的电离平街常数：CH3COOHH2CO3H2SH3PO41.8×10-5Ka1=4.3×10-7Ka2=5.6×10-11Ka1=9.1×10-8Ka2=1.1×10-12Ka1=7.5×10-3Ka2=6.2×10-8Ka3=2.2×10-13则下列说法中不正确的是A．碳酸的酸性强于氢硫酸B．多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定C．常温下，加水稀释醋酸，增大D．向弱酸溶液中加少量NaOH溶液，电离平衡常数不变【答案】D【解析】A．多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。弱酸的电离平衡常数越大，该酸的酸性就越强。由于碳酸的电离平衡常数Ka1=4.3×10-7比H2S氢硫酸的电离平衡常数Ka1=Ka1=9.1×10-8大，所以酸性：碳酸比氢硫酸的酸性强，A正确；B．多元弱酸一级电离产生的氢离子会抑制二级电离，所以多元弱酸的二级电离程度远小于一级电离，故多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定，B正确；C．醋酸是一元弱酸，在溶液中存在电离平衡：CH3COOHCH3COO-+H+，加水稀释，使电离平衡正向移动，导致溶液中n(H+)有所增加，n(CH3COOH)减小，在同一溶液中，体积相同，所以加水稀释导致增大，C正确；D．向弱酸溶液中加少量NaOH溶液，二者发生中和反应，放出热量，使溶液的温度升高；升高温度，能够促进电解质的电离，使弱电解质电离平衡正向移动，导致其电离平衡常数增大，D错误；故合理选项是D。一定温度下，用水稀释的一元弱酸，随着稀释的进行，下列数值一定增大的是(表示水的离子积，表示的电离常数)A． B． C． D．【答案】D【解析】A．一元弱酸加水稀释时，温度不变，水的离子积常数Kw不变，故A错误；B．加水稀释时，温度不变，一元弱酸HA的电离常数不变，溶液中氢离子浓度减小，则减小，故B错误；C．由电离常数可得：=，加水稀释时，温度不变，一元弱酸HA的电离常数不变，溶液中氢离子浓度减小，则减小，故C错误；D．加水稀释时，温度不变，水的离子积常数Kw不变，溶液中氢离子浓度减小，则溶液中的氢氧根离子浓度增大，故D正确；故选D。二．强酸与弱酸的比较1．实验探究：CH3COOH与H2CO3酸性强弱比较实验操作实验现象有气泡产生实验结论CH3COOH酸性大于碳酸Ka大小比较Ka(CH3COOH)大于Ka1(H2CO3)2.思考与讨论：镁条与等浓度、等体积盐酸、醋酸的反应向两个锥形瓶中各加入0.05g镁条，盖紧橡胶塞，然后用注射器分别注入2mL2mol·L－1盐酸、2mL2mol·L－1醋酸，测得锥形瓶内气体的压强随时间的变化如图所示。由上述图像分析两种反应的反应速率的变化情况。 宏观辨识微观探析反应初期盐酸的反应速率比醋酸大盐酸是强酸，完全电离，醋酸是弱酸，部分电离，同浓度的盐酸和醋酸，盐酸中的c(H＋)较大，因而反应速率较大反应过程中盐酸的反应速率始终比醋酸大，盐酸的反应速率减小明显，醋酸的反应速率减小不明显醋酸中存在电离平衡，随反应的进行，电离平衡正向移动，消耗的氢离子能及时电离补充，所以一段时间速率变化不明显最终二者产生的氢气的量基本相等，速率几乎都变为零镁条稍微过量，两种酸的物质的量相同，随醋酸电离，平衡正向移动，醋酸几乎消耗完全，最终二者与镁条反应的氢离子的物质的量几乎相同，因而产生的H2的量几乎相同。两种酸都几乎消耗完全，反应停止，因而反应速率几乎都变为03.一元强酸和一元弱酸的比较(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下列关于盐酸与醋酸两种稀溶液的说法正确的是(　　)A．相同浓度的两溶液中c(H＋)相同B．100mL0.1mol·L－1的两溶液能中和等物质的量的氢氧化钠C．c(H＋)＝10－3mol·L－1的两溶液稀释100倍，c(H＋)均为10－5mol·L－1D．向两溶液中分别加入少量对应的钠盐，c(H＋)均明显减小【答案】B【解析】相同浓度的两溶液，醋酸部分电离，故醋酸中c(H＋)比盐酸的小，故A错误；由反应方程式可知B正确；醋酸稀释过程中平衡向电离方向移动，故稀释后醋酸的c(H＋)大于10－5mol·L－1，故C错误；醋酸中加入醋酸钠，由于增大了溶液中醋酸根离子的浓度，抑制了醋酸电离，使c(H＋)明显减小，而盐酸中加入氯化钠，对溶液中c(H＋)无影响，故D错误。（变式训练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两支试管中的现象：相同点是______________________________________________________________________，不同点是______________________________________________________________________，原因是________________________________________________________________________。(2)a、b两支试管中生成气体的体积开始时是V(a)____V(b)(填“大于”“小于”或“等于”，下同)，反应完毕后生成气体的总体积是V(a)____V(b)，原因是)____________________________________________________________。(3)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)________v(b)，反应完毕后生成气体的总体积是V(a)________V(b)。原因是________________________。【答案】(1)都产生无色气泡，Zn粒逐渐溶解　a中反应速率较大　盐酸是强酸，醋酸是弱酸，盐酸中c(H＋)大(2)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(3)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】(2)锌粒与酸反应的实质是Zn与酸电离出的H＋发生置换反应产生H2，c(H＋)越大，产生H2的速率越大。而在分析产生H2的体积时，要注意醋酸的电离平衡的移动。反应开始时，醋酸产生H2的速率比盐酸小，因Zn与酸反应的实质是Zn与酸电离出的H＋反应，盐酸是强酸，醋酸是弱酸，在起始物质的量浓度相同时，盐酸电离出的c(H＋)远大于醋酸电离出的c(H＋)。反应完毕后，两者产生H2的体积是相等的。因醋酸存在电离平衡CH3COOHCH3COO－＋H＋，Zn与H＋发生反应，c(H＋)减小，使醋酸的电离平衡向电离方向移动，继续发生H＋与Zn的反应，足量的Zn可使醋酸中的H＋全部电离出来与Zn反应生成H2，又因为n(HCl)＝n(CH3COOH)，因而最终产生H2的量相等。【效果检测】 1．（2021·天津市实验中学滨海学校高二期中）已知0.1mol/L的醋酸溶液中存在电离平衡：CH3COOHCH3COO-+H+，要使溶液中c(H+)/c(CH3COOH)值增大，可以采取的措施是A．加少量烧碱固体B．降低温度C．加少量冰醋酸D．加水【答案】D【解析】A．在醋酸溶液中氢氧化钠固体，氢氧根离子和氢离子反应，促进电离，平衡正向移动，醋酸根离子浓度增大，根据电离平衡常数Ka=进行分析，变小，故A错误；B．电离过程吸热，降低温度，平衡逆向移动，比值减小，B错误；C．加入冰醋酸，平衡右移，但电离程度减小，比值减小，C错误；D．加水稀释，促进电离，氢离子个数增多，醋酸分子个数减小，在同一溶液中，体积相同，所以比值增大，D正确；故选D。2．在相同温度下，100mL0.1mol·L-1的醋酸与10mL1mol·L-1的醋酸相比较，下列说法正确的是A．溶液中H＋的物质的量前者大于后者B．前者的电离程度小于后者C．发生中和反应时所需NaOH的量前者大于后者D．溶液中CH3COOH的物质的量前者大于后者【答案】A【解析】A．前者电离程度大于后者，所含H＋的物质的量大于后者，故A正确；B．前者浓度小，CH3COOH的电离程度前者大于后者，故B错误；C．两种溶液所含溶质物质的量相等，故发生中和反应时所需NaOH的量相同，故C错误；D．前者浓度小，CH3COOH的电离程度大，所含CH3COOH的物质的量前者小于后者，故D错误；故答案选C。3．（2021·安徽高二期末）已知是弱电解质，关于溶液的下列说法中正确的是A．的电离方程式是B．溶液导电能力一定比溶液弱C．加水或加热，电离平衡常数都会增大，溶液中氢离子浓度都会增大D．已知25℃时弱酸的电离平衡常数：HCN：，则反应可以发生【答案】D【解析】A．H2S为二元弱酸，分布电离，电离方程式为H2SH++HS-，HS-H++S2-，故A错误；B．溶液的导电能力与溶液中离子所带电荷多少和离子浓度有关，高浓度的H2S溶液的导电能力会比低浓度的H2SO4溶液强，故B错误；C．电离平衡常数大小只与温度有关，加水并不会使电离平衡常数增大，且加水稀释氢离子浓度会减小，故C错误；D．根据电离平衡常数大小可知酸性H2S>HCN>HS-，根据强酸制弱酸原理可知Na2S可以和HCN反应生成NaHS和NaCN，即该反应可以发生，故D正确；综上所述答案为D。4．（2021·江苏）已知H2CO3的电离常数，，HClO的电离常数。反应达到平衡后，要使HClO浓度增大，可加入A．H2O B．NaOH固体 C．Na2CO3固体 D．NaHCO3固体【答案】D【解析】A．加入水稀释，溶液中HClO浓度会减小，A不符合题意；B．NaOH与HCl、HClO都会发生反应，不能增大HClO的浓度，B不符合题意；C．由电离平衡的数值可知酸性：，向溶液中加入Na2CO3，HCl、HClO都可以与Na2CO3反应，不能达到增大HClO浓度的目的，C不符合题意；D．由电离平衡的数值可知酸性：，向溶液中加入NaHCO3，只消耗HCl，而不消耗HClO，使可逆反应向正反应方向移动，达到增大HClO浓度的目的，D正确；故合理选项是D。5．（2021·安徽省安庆九一六学校高二月考）已知室温时，0.1mol·L-1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c(H+)是10-4mol·L-1B．升高温度，溶液的酸性减弱C．此一元酸的电离平衡常数约为1×10-7D．向一元酸HA的溶液中，通入HCl气体，HA的电离平衡向逆反应方向移动，但c(H+)增大【答案】B【解析】A．该酸溶液中c(H+)=0.1mol/L×0.1%=0.0001mol/L=10-4mol·L-1，故A正确；B．弱酸电离吸收热量，升高温度促进HA电离导致溶液中c(H+)增大，溶液的酸性增大，故B错误；C．该酸溶液中c(A-)≈c(H+)=0.0001mol/L，HA电离程度较小，则溶液中c(HA)≈0.1mol/L，该温度下HA的电离平衡常数，故C正确；D．向溶液中加氢离子，抑制弱酸的电离，溶液中氢离子浓度增大，HA的电离平衡向逆反应方向移动，但c(H+)增大，故D正确；故选：B。6．（2021·浮梁县第一中学高二月考）已知常温下碳酸、亚硫酸、次氯酸的电离平衡常数如表。下列说法正确的是H2CO3H2SO3HClOK1=4.30×10-7K2=5.61×10-11K1=1.54×10-2K2=1.02×10-7K=2.95×10-8A．Na2CO3溶液中通入少量SO2：2CO+SO2+H2O=2HCO+SOB．相同条件下，同浓度的H2SO3溶液和H2CO3溶液的酸性，后者更强C．NaClO溶液中通入少量CO2：2ClO-+CO2+H2O=2HClO+COD．向氯水中分别加入等浓度的NaHCO3和NaHSO3溶液，均可提高氯水中HClO的浓度【答案】A【解析】A．Na2CO3溶液中通入少量SO2，生成HCO和SO，因为酸性：H2CO3＞HSO，所以不能生成H2CO3和SO，故A正确；B．酸性：H2SO3＞H2CO3，所以相同条件下，同浓度的H2SO3溶液和H2CO3溶液的酸性，前者更强，故B错误；C．NaClO溶液中通入少量CO2：由于酸性：HClO＞HCO，所以不能生成HClO和CO，应该生成HClO和HCO：ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO，故C错误；D．向氯水中加入NaHSO3溶液，NaHSO3能和氯水中HClO发生氧化还原反应而降低HClO的浓度，故D错误；故选A。7．25℃时，0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中，c(H＋)＝1.0×10-3mol·L-1(忽略水的电离)。（1）该温度下CH3COOH的电离度__。（2）CH3COOH的电离平衡常数__。【答案】1%1.0×10-5【解析】(1)由CH3COOHCH3COO－＋H＋，c(H＋)＝c(CH3COOH)已电离＝1.0×10－3mol·L－1，所以α＝×100%＝×100%＝1%。(2)c(H＋)＝c(CH3COO－)＝c(CH3COOH)已电离＝1.0×10－3mol·L－1，溶液中未电离的醋酸浓度＝(0.1－0.001)mol·L－1，减数和被减数相差超过100倍，被减数可忽略不计，Ka＝≈1.0×10－5。