高中化学沪科技版(2020)选择性必修1第3章 水溶液中的离子反应与平衡3.2弱电解质的电离平衡电离平衡常数精品同步练习题
展开3.2.2 电离平衡常数
学习聚焦
知识精讲
知识点01 电离平衡常数的概念与表达式
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(酸用Ka,碱用Kb)。
2.电离平衡常数的表示方法
弱电解质
电离平衡
平衡常数表达式
一元弱酸
CH3COOHCH3COO-+H+
一元弱碱
NH3·H2ONH+OH-
多元弱酸
H2CO3
H2CO3H++HCO
HCOH++CO
【即学即练1】正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)H2CO3的电离常数表达式:Ka=。( )
(2)弱电解质的电离平衡右移,电离平衡常数一定增大。( )
(3)电离平衡常数大的酸溶液中的c(H+)一定比电离平衡常数小的酸溶液中的c(H+)大。( )
(4)向CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,先增大再减小。( )
(5)某一弱电解质,电离度越大,电离常数就越大。( )
知识点02 电离常数的影响因素
1. 内因:弱电解质本身的性质。
弱酸、弱碱的电离平衡常数能够反映酸碱性的相对强弱。电离平衡常数越大,电离程度越大。多元弱酸的电离以第一步电离为主,各级电离平衡常数的大小差距较大。
2. 外因:电离平衡常数只跟温度有关,温度升高,电离平衡常数增大。
【即学即练2】已知25 ℃下,醋酸溶液中各粒子存在下述关系:K==1.75×10-5,下列有关说法可能成立的是
A.25 ℃下,向该溶液中加入一定量的盐酸时,K=8×10-5
B.25 ℃下,向该溶液中加入一定量的盐酸时,K=8×10-4
C.标准状况下,醋酸溶液中K=1.75×10-5
D.升高到一定温度,K=7.2×10-5
知识点03 电离平衡常数的意义
1. 意义
电离平衡常数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,酸性(或碱性)越强。
2. 实例
下表是几种弱酸常温下的电离平衡常数,则酸性强弱顺序为:CH3COOH>H2CO3>H2S>>HS
酸
CH3COOH
H2CO3
H2S
电离常数
K=1.8×10-5
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
K1=9.1×10-8
K2=1.1×10-12
3. 利用电离平衡常数,可以判断复分解反应能否发生,以及确定产物(“强酸制弱酸”)。
【即学即练3】已知25℃时①HNO2、②HClO、③HCN的电离常数依次为7.24×10-4、2.90×10-8、6.17×10-10,该温度下相同浓度的上述三种酸溶液,酸性由强到弱的顺序正确的是
A.③>②>① B.①>②>③ C.①>③>② D.②>①>③
知识点04 电离度(拓展内容)
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.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。
【即学即练4】1 mol·L-1 HA溶液中有1%的HA电离,则HA的电离平衡常数Ka为
A.1.0×10-4 B.1.0×10-5 C.1.0×10-2 D.1.0×10-6
常见考法
常见考法一 电离平衡常数的意义
【例1】已知数据: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+NaNO2
②NaCN+HF===HCN+NaF
③NaNO2+HF===HNO2+NaF
由此可判断下列叙述中错误的是
A.HF的电离平衡常数为7.2×10-4
B.HNO2的电离平衡常数为4.9×10-10
C.根据①③两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
必杀技
电离平衡常数表示弱电解质的电离能力。对于弱酸,一定温度下,K值越大,酸性越强;对于弱碱,一定温度下,K值越大,碱性越强。
【同步练习1-1】在25 ℃时,0.1 mol·L-1的HNO2、HCOOH、HCN、H2CO3的溶液,它们的电离常数分别为4.6×10-4、1.77×10-4、4.9×10-10、K1=4.4×10-7和K2=4.7×10-11,其中氢离子浓度最小的是
A.HNO2 B.HCOOH
C.HCN D.H2CO3
【同步练习1-2】下列关于电离常数(K)的说法正确的是
A.电离常数只与温度有关,升高温度,K值减小
B.电离常数K与温度无关
C.相同温度下,电离常数(K)越小,表示弱电解质的电离能力越弱
D.多元弱酸各步电离常数大小关系为
常见考法二 利用电离常数判断复分解反应的发生
【例2】 根据表中提供的数据,判断下列离子方程式或化学方程式书写正确的是
化学式
HClO
H2CO3
电离常数/mol·L-1
K=3×10-8
K1=4×10-7 K2=4×10-11
A.向Na2CO3溶液中滴加少量氯水:CO32-+2Cl2+H2O=2Cl-+2HClO+CO2↑
B.向NaHCO3溶液中滴加少量氯水:2HCO3-+Cl2=Cl-+ClO-+2CO2↑+H2O
C.向NaClO溶液中通入少量CO2:CO2+NaClO+H2O=NaHCO3+HClO
D.向NaClO溶液中通入过量CO2:CO2+2NaClO+H2O=Na2CO3+2HClO
必杀技
先根据电离平衡常数判断酸的强弱,然后按照“较强酸制较弱酸”进行复分解反应。
【同步练习2-1】25 ℃时,部分物质的电离平衡常数如表所示:
化学式
CH3COOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数
1.7×10-5
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
3.0×10-8
请回答下列问题:
(1)CH3COOH、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序为___________________。
(2)同浓度的CH3COO-、HCO3-、CO32-、ClO-结合H+的能力由强到弱的顺序为________。
(3)将少量CO2气体通入NaClO溶液中,写出反应的化学方程式:
______________________________________________________________________。
【同步练习2-2】已知25℃时,几种弱酸的电离平衡常数如下:HCOOH:Ka=1.8×10-4,HCN:Ka=6.2×10-10,H2CO3:Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11。则下列说法错误的是
A.反应能发生
B.反应能发生
C.酸性:HCN>HCOOH
D.向碳酸钠溶液中加入甲酸溶液有气泡产生
常见考法三 电离平衡常数的计算
【例3】 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 。
必杀技
【计算模型】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==
【同步练习3-1】已知:25 ℃时NH3·H2O的Kb=2.0×10-5。
(1)求0.10 mol·L-1的NH3·H2O溶液中c(OH-)=________ mol·L-1。
(2)若向0.10 mol·L-1的NH3·H2O中加入固体NH4Cl,使c(NH)达到0.20 mol·L-1,则c(OH-)=________mol·L-1。
【同步练习3-2】2.0×10-3 mol·L-1的氢氟酸中,调节溶液pH(忽略调节时体积变化),测得平衡体系中c(F-)、c(HF)与溶液pH的关系如下图。(提示:pH=-lg c(H+))
则25 ℃时,HF电离平衡常数为:Ka(HF)=_________。
常见考法四 电离平衡常数的综合考查
【例4】 硫酸、硝酸、高氯酸在水溶液中都是强酸,下表是某温度下这三种酸在冰醋酸中的电离常数。下列说法正确的是
酸
H2SO4
HNO3
HClO4
K1
6.3×10-9
4.2×10-10
1.6×10-5
A.在冰醋酸中H2SO4的电离方程式为H2SO42H++S
B.在冰醋酸中,HNO3的酸性最强
C.在冰醋酸中,0.01 mol·L-1 HClO4的离子总浓度约为 4×10-4 mol·L-1
D.高氯酸水溶液与氨水反应的离子方程式为H++NH3·H2O==H2O+N
必杀技
1.根据浓度商Q与K的相对大小可以判断电离平衡的移动方向;
2.根据K可以判断弱电解质的相对强弱;
3.根据电离平衡常数可以判断溶液中微粒浓度比值的变化情况;
4.根据电离平衡常数可以判断复分解反应能否发生。
【同步练习4-1】氢氰酸(HCN)是一种弱酸,在水溶液中存在电离平衡:HCN H++CN-,常温下电离常数为Ka。下列说法正确的是
A.0.1mol·L-1 HCN溶液的
B.增大HCN溶液浓度,其电离程度减小
C.升高HCN溶液温度,平衡逆向移动
D.加入少量溶液,会使Ka增大
【同步练习4-2】已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O 的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中
A.水的电离程度始终增大
B.c(NH)/c(NH3·H2O)先增大再减小
C.c(CH3COOH)与c(CH3COO-)之和始终保持不变
D.当加入氨水的体积为10 mL时,c(NH)=c(CH3COO-)
分层提分
题组A 基础过关练
1.已知25℃时①HNO2、②HClO、③HCN的电离常数依次为7.24×10-4、2.90×10-8、6.17×10-10,该温度下相同浓度的上述三种酸溶液,酸性由强到弱的顺序正确的是
A.③>②>① B.①>②>③ C.①>③>② D.②>①>③
2.下列曲线中,可以描述乙酸(甲,Ka=1.8×10-5)和一氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3)在水中的电离程度和浓度关系的是
3.已知25 ℃下,醋酸溶液中各粒子存在下述关系:K==1.75×10-5,下列有关说法可能成立的是
A.25 ℃下,向该溶液中加入一定量的盐酸时,K=8×10-5
B.25 ℃下,向该溶液中加入一定量的盐酸时,K=8×10-4
C.标准状况下,醋酸溶液中K=1.75×10-5
D.升高到一定温度,K=7.2×10-5
4.在稀氨水中存在下列平衡:NH3 + H2ONH3·H2ONH4++ OH— ,对于该平衡,下列叙述正确的是
A.加入少量NH4Cl固体,平衡逆向移动,溶液的pH减小
B.通入少量氨气,平衡正向移动,c (NH3·H2O) 减小
C.加入少量NaOH固体,并恢复至室温,平衡逆向移动,NH3·H2O的电离平衡常数减小
D.加水稀释,NH3·H2O的电离程度及c ( OH— ) 都增大
5.下列说法正确的是
A.电离常数受溶液浓度的影响
B.电离常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.Ka大的酸溶液中c(H+)一定比Ka小的酸溶液中的c(H+)大
D.H2CO3的电离常数表达式:K=
6.相同温度下,根据三种酸的电离常数,下列判断正确的是
酸
HX
HY
HZ
电离常数K/(mol·L-1)
9×10-7
9×10-6
1×10-2
A.三种酸的强弱关系:HX>HY>HZ
B.反应HZ+Y-=HY+Z-能够发生
C.由电离平衡常数可以判断,HZ属于强酸,HX和HY属于弱酸
D.相同温度下,1 mol·L-1 HX溶液的电离常数大于0.1 mol·L-1 HX溶液的电离常数
7. 常温下0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液在加水稀释过程中,填写下列表达式中的数据变化情况(填“变大”“变小”或“不变”)。
(1)________。 (2)________。
(3)________。 (4) ________。
8. 已知在时,醋酸、次氯酸、碳酸和亚硫酸的电离平衡常数分别为:
醋酸
次氯酸
碳酸
亚硫酸
(1)写出亚硫酸的第一步电离平衡常数表达式Ka1 =_______。
(2)在相同条件下,CH3COO-、ClO-、CO32-和SO32-结合H+的能力由弱到强的顺序是_______。
(3)若保持温度不变,在醋酸溶液中通入少量HCl气体,下列量会变小的是_______(填字母序号,下同)。
a. c(CH3COO-) b. c(H+) c. 醋酸的电离平衡常数
(4)下列离子方程式中错误的是_______。
A.少量CO2通入次氯酸钠溶液中:
B.少量SO2通入次氯酸钙溶液中:
C.过量CO2通入氢氧化钠溶液中:
(5)用食醋浸泡有水垢的水壶,可以清除其中的水垢,通过该事实___________(填“能”或“不能”)比较醋酸与碳酸的酸性强弱,请设计一个简单的实验验证醋酸与碳酸的酸性强弱。
9.结合下表回答下列问题(均为常温下的数据):请回答下列问题:
酸
电离常数(Ka)
HClO
(1)同浓度的、中结合H+的能力最强的___________。
(2)常温下0.1 mol·L-1的溶液在加水稀释过程中,下列表达式的数据一定变小的是_____(填字母)。
A. B. C. D.
(3)取等体积物质的量浓度相等的、HClO两溶液,分别用等浓度的NaOH稀溶液中和,则消耗的NaOH溶液的体积大小关系为:___________(填“>”、“<”或“=”)
10.已知在25℃时,醋酸、次氯酸、碳酸和亚硫酸的电离平衡常数如下所示:
醋酸:
次氯酸:
碳酸:,
亚硫酸:,
(1)写出碳酸第一级电离的平衡常数表达式:___________。
(2)若保持温度不变,在溶液中通入少量HCl,则下列物理量变小的是___________(填序号,下同)。
a. b.c(H+) c.的电离平衡常数
(3)下列离子方程式错误的是___________。
a.少量通入次氯酸钠溶液中:
b.少量通入次氯酸钙溶液中:
c.过量通入澄清石灰水中:
题组B 能力提升练
11.苯甲酸(C6H5COOH)是一种有机弱酸,下列说法正确的是
A.常温下,0.1 mol·L-1的C6H5COOH溶液的pH=1
B.相同温度下,相同浓度的盐酸与苯甲酸溶液的pH:盐酸<苯甲酸溶液
C.中和等体积等物质的量浓度的盐酸与苯甲酸溶液,所需NaOH的量:盐酸>苯甲酸溶液
D.C6H5COONa溶液中不存在H+和OH—
12.醋酸的电离方程式为CH3COOHCH3COO-+H+ 。25 ℃时,0.1 mol·L-1醋酸溶液中存在下述关系:,其数值是该温度下醋酸的电离平衡常数(Ka)。下列说法不正确的是
A.0.1 mol·L-1的溶液中的约为
B.等物质的量浓度的溶液与溶液(25 ℃时,),则
C.该温度下0.1 mol·L-1醋酸溶液
D.升高温度,增大,变大
13.已知25 ℃时,K==1.8×10-5,其中K是该温度下CH3COOH的电离平衡常数。下列说法正确的是
A.向该溶液中加入一定量的硫酸,K增大
B.在绝热的容器里,向少量CH3COOH溶液中加入NaOH固体,K增大
C.向CH3COOH溶液中加入少量水,K增大
D.向CH3COOH溶液中加入少量氢氧化钠溶液,K增大
14.已知的电离平衡常数:和,HClO的电离平衡常数:。在反应Cl2+H2OHCl+HClO达到平衡后,要使HClO的浓度增大可加入
15.下表是几种弱酸在常温下的电离平街常数:
CH3COOH
H2CO3
H2S
H3PO4
1.8×10-5
Ka1=4.3×10-7
Ka2=5.6×10-11
Ka1=9.1×10-8
Ka2=1.1×10-12
Ka1=7.5×10-3
Ka2=6.2×10-8
Ka3=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
16.下表是几种常见弱酸的电离平衡常数(25℃),回答下列各题:
酸
HCN
HClO
电离平衡常数()
(1)当温度升高时,值___________(填“增大”、“减小”或“不变”);
(2)结合表中给出的电离常数回答下列问题:
①上述四种酸中,酸性最弱、最强的酸分别是___________、___________(用化学式表示),
②下列能使醋酸溶液中的电离程度增大,而电离平衡常数不变的操作是______(填序号),
A.升高温度 B.加水稀释 C.加少量的固体
D.加少量冰醋酸 E.加氢氧化钠固体
③依上表数据判断醋酸和次氯酸钠溶液能否反应,如果不能反应说出理由,如果能发生反应请写出相应的离子方程式____________________________________。
(3)已知草酸是一种二元弱酸,其电离常数,,写出草酸的电离方程式________________、________________。
17.回答下列问题:
(1)已知室温时,0.1 mol∙L-1某一元酸HA在水中有0.1%发生电离,回答下列问题:
①该溶液中c(H+)=_______ mol∙L-1
②HA的电离平衡常数K=_______。
③由HA电离出的c(H+)约为水电离出的c(H+)的_______倍。
(2)部分弱酸的电离平衡常数如表:用“>”“<”或“=”填空。
弱酸
HCOOH
H2CO3
HClO
电离平衡常数/25 ℃
K=1.77×10-4
K1=4.4×10-7
K2=4.7×10-11
3.0×10-8
①在相同浓度的HCOOH和HClO的溶液中,溶液导电能力:HCOOH_______HClO。
②的电离平衡常数表达式为_______
③将少量CO2气体通入NaClO溶液中,写出该反应离子方程式_______。
题组C 培优拔尖练
18.表中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
CH3COOH
CH3COOHCH3COO-+H+
K=1.75×10-5
H2CO3
H2CO3H++HCO
HCOH++CO
K1=4.5×10-7
K2=4.7×10-11
H2S
H2SH++HS-
HS-H++S2-
K1=1.1×10-7
K2=1.3×10-13
H3PO4
H3PO4H++H2PO
H2POH++HPO
HPOH++PO
K1=6.9×10-3
K2=6.2×10-8
K3=4.8×10-13
回答下列各题:
(1)当温度升高时,K值_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)若把CH3COOH、H2CO3、HCO、H2S、HS-、H3PO4、H2PO、HPO都看作是酸,其中酸性最强的是_______,最弱的是_______。
(3)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之间的相对大小关系为__________
(4)请设计一个简单的实验验证醋酸与碳酸的酸性强弱的方案:___________________。
(5)向Na2S的水溶液中通入少量CO2,写出反应的化学方程式______________________.
19. (1)25 ℃时,HF的Ka=6.4×10-4,则此温度下0.1 mol·L-1HF溶液的c(H+)为______ mol·L-1。
(2)25 ℃时,a mol·L-1 CH3COOH溶液的pH=b,用含a和b的代数式表示CH3COOH的电离平衡常数Ka=________。
(3)硒酸(H2SeO4)在水溶液中的电离如下:
H2SeO4===H++HSeO,HSeOH++SeO,K2=1.0×10-2(25 ℃)。
①向H2SeO4溶液中滴加少量氨水,该反应的离子方程式为________________________。
②已知H2CO3的电离平衡常数Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11,则KHCO3和KHSeO4两溶液混合反应的离子方程式为_______________________________。
(4)已知25 ℃时,Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,Ka(HSCN)=0.13。现在该温度下将20 mL 0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液和20 mL 0.1 mol·L-1 HSCN溶液分别与20 mL 0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液混合,实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)变化的示意图如图所示,反应初始阶段,两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是___________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知25 ℃时,几种弱酸的电离平衡常数如下:
HCOOH:Ka=1.77×10-4,HCN:Ka=4.9×10-10,H2CO3:Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11,则以下反应不能自发进行的是________(填字母)。
a.HCOOH+NaCN===HCOONa+HCN
b.NaHCO3+NaCN===Na2CO3+HCN
c.NaCN+H2O+CO2===HCN+NaHCO3
d.2HCOOH+CO===2HCOO-+H2O+CO2↑
e.H2O+CO2+2CN-===2HCN+CO
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