高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三章 水溶液中的离子反应与平衡第一节 电离平衡优质第2课时导学案及答案

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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，溶液里各组分的浓度之间存在一定的关系。对于一元弱酸或一元弱碱来说，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，通常用Ka、Kb分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数。
2．电离平衡常数的表示方法
(1)一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如：CH3COOHCH3COO－＋H＋
Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)；
NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－
Kb＝eq \f(cNH\\al(＋,4)·cOH－,cNH3·H2O)。
(2)多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的，每一步电离都有电离平衡常数，通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如，
H2CO3H＋＋HCOeq \\al(－,3)
Ka1＝eq \f(cHCO\\al(－,3)·cH＋,cH2CO3)；
HCOeq \\al(－,3)H＋＋COeq \\al(2－,3)
Ka2＝eq \f(cH＋·cCO\\al(2－,3),cHCO\\al(－,3))。
多元弱酸各步电离常数的大小比较：Ka1≫Ka2，因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。
注意 一般多元弱碱为难溶碱，不用电离平衡常数，以后要学到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越大，弱电解质的电离程度越大，酸(或碱)性越强。
4．电离常数的影响因素
(1)内因：同一温度下，不同弱电解质的电离常数不同，说明电离常数首先由弱电解质的性质所决定。
(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。
(1)改变条件，电离平衡正向移动，电离平衡常数一定增大( )
(2)同一弱电解质，浓度大的电离平衡常数大( )
(3)H2CO3的电离常数表达式为Ka＝eq \f(cH＋·cCO\\al(2－,3),cH2CO3)( )
答案 (1)× (2)× (3)×
1．已知T ℃时，CH3COOH的Ka＝1.75×10－5。
(1)当向醋酸中加入一定量的盐酸时，CH3COOH的电离常数__________(填“变大”或“变小”或“不变”)，理由是_________________________________________________。
(2)T ℃时，将该溶液加水稀释10倍，则CH3COOH的Ka＝__________。
答案 (1)不变 电离常数只与温度有关 (2)1.75×10－5
2．已知：25 ℃时，下列四种弱酸的电离常数：
(1)试比较相同浓度的CH3COOH、HNO2、HCN、H2CO3溶液的酸性强弱。
提示 电离常数越大，酸性越强，故酸性：HNO2＞CH3COOH＞H2CO3＞HCN。
(2)向HNO2溶液中加入一定量的盐酸时，HNO2的电离平衡向哪个方向移动？此时HNO2的电离常数是否发生变化？为什么？
提示 HNO2溶液中存在电离平衡：HNO2H＋＋NOeq \\al(－,2)，加入盐酸，上述平衡逆向移动；此时HNO2的电离常数不变；原因是溶液的温度不变。
(3)判断反应NaNO2＋CH3COOH===CH3COONa＋HNO2是否正确？向NaCN溶液中通入少量CO2，反应能否进行？若能进行，写出反应的化学方程式。
提示 不正确。原因是HNO2的酸性强于CH3COOH，故反应不能发生。因酸性：H2CO3＞HCN＞HCOeq \\al(－,3)，故向NaCN溶液中通入CO2，不论CO2是否过量，产物均为HCN和NaHCO3，反应的化学方程式为NaCN＋H2O＋CO2===HCN＋NaHCO3。
1．(2022·大连高二检测)相同温度下，根据三种酸的电离常数，下列判断正确的是( )
A.三种酸的强弱关系：HCN>CH3COOH>H3PO2
B．反应H3PO2＋CH3COO－===CH3COOH＋H2POeq \\al(－,2)能够发生
C．由电离常数可以判断，H3PO2属于强酸，HCN和CH3COOH属于弱酸
D．相同温度下，1 ml·L－1 HCN溶液的电离常数大于0.1 ml·L－1HCN溶液的电离常数
答案 B
解析 酸性越强电离平衡常数越大，三种酸的强弱关系：HCNHClO>HCOeq \\al(－,3)，据强酸制弱酸原理，向NaClO溶液中通入少量CO2反应的化学方程式为NaClO＋CO2＋H2O===HClO＋NaHCO3。
题组一 电离平衡常数和电离度
1．下列关于电离常数的说法正确的是( )
A．Ka大的酸溶液中c(H＋)一定比Ka小的酸溶液中的c(H＋)大
B．CH3COOH的电离常数表达式为Ka＝eq \f(cCH3COOH,cH＋·cCH3COO－)
C．向CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa固体，电离常数减小
D．电离常数只与温度有关，与浓度无关
答案 D
解析 酸溶液中c(H＋)既跟酸的电离常数有关，也跟酸溶液的浓度有关，A项错误；CH3COOH的电离常数表达式为Ka＝eq \f(cH＋·cCH3COO－,cCH3COOH)，B项错误；向CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa固体，虽然平衡向左移动，但温度不变，电离常数不变，故C项错误。
2．已知25 ℃下，CH3COOH溶液中各微粒的浓度存在以下关系：Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)＝1.75×10－5。下列有关结论可能成立的是( )
A．25 ℃下，向该溶液中加入一定量的盐酸时，Ka＝8×10－5
B．25 ℃下，向该溶液中加入一定量的氢氧化钠时，Ka＝2×10－4
C．标准状况下，醋酸中Ka＝1.75×10－5
D．升高到一定温度，Ka＝7.2×10－5
答案 D
解析 醋酸中存在电离平衡：CH3COOHCH3COO－＋H＋，题中Ka为醋酸的电离常数，由于电离常数只随温度的变化而变化，所以排除A、B两项；因为醋酸的电离是吸热过程，所以升高温度，Ka增大，降低温度，Ka减小，标准状况下(0 ℃)温度低于25 ℃，则Ka小于1.75×10－5，所以C项不成立、D项可能成立。
3．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( )
答案 B
解析 根据甲、乙的电离平衡常数可知，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：乙酸＜一氯乙酸，排除A、C选项；当浓度增大时，物质的电离程度减小，排除D选项。
4．相同温度下，三种酸的电离平衡常数如表所示，下列判断正确的是( )
A.三种酸的强弱关系：HX>HY>HZ
B．反应HZ＋Y－===HY＋Z－不能发生
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 ml·L－1 HX溶液的电离平衡常数等于0.1 ml·L－1 HX溶液的电离平衡常数
答案 D
解析 A项，酸的电离平衡常数越大，酸的电离程度越大，其酸性越强，根据表中数据可知，酸的电离平衡常数：HZ>HY>HX，则酸性强弱：HZ>HY>HX，错误；B项，根据强酸制弱酸可知HZ＋Y－===HY＋Z－能够发生，错误；C项，完全电离的为强酸、部分电离的为弱酸，这三种酸都部分电离，均为弱酸，错误；D项，电离平衡常数只与温度有关，温度不变，电离平衡常数不变，正确。
5．(2022·河北保定高二期末)常温下，对下列两组溶液的判断错误的是( )
A.醋酸的电离程度：①②
C．醋酸的电离平衡常数：①＝②
D．若V2＝10V1，中和NaOH的能力：①＝②
答案 B
解析 醋酸浓度越小，电离程度越大，A项正确；将①加水稀释可得到②，醋酸加水稀释，c(CH3COO－)、c(H＋)均减小，但c(OH－)增大，B项错误；温度不变，醋酸的电离平衡常数不变，C项正确；若V2＝10V1，两种醋酸的物质的量相同，中和NaOH的能力相同，D项正确。
题组二 强酸和弱酸的比较
6.某温度下，等体积、c(H＋)相同的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释，溶液中的c(H＋)随溶液体积变化的曲线如图所示。据图判断下列说法正确的是( )
A．曲线Ⅱ表示的是盐酸的变化曲线
B．b点溶液的导电能力比c点溶液的导电能力强
C．取等体积的a点、b点对应的溶液，消耗NaOH的量相同
D．b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
答案 B
解析 醋酸属于弱电解质，在稀释时会电离出H＋，故稀释相同倍数时醋酸溶液中c(H＋)的变化要比盐酸中c(H＋)的变化小一些，即曲线Ⅰ表示盐酸的变化曲线，曲线Ⅱ表示醋酸的变化曲线，A项错误；溶液的导电能力与溶液中离子的浓度有关，离子浓度：b＞c，故导电能力：b＞c，B项正确；a点、b点表示溶液稀释相同倍数，溶质的物质的量没有发生变化，都等于稀释前的物质的量，稀释前两溶液中c(H＋)相同，但CH3COOH为弱酸，则c(CH3COOH)＞c(HCl)，故稀释前n(CH3COOH)＞n(HCl)，即CH3COOH消耗NaOH多，C项错误；a点酸的总浓度大于b点酸的总浓度，D项错误。
7．在体积都为1 L，c(H＋)都为0.01 ml·L－1的盐酸和醋酸溶液中，投入0.65 g锌粒，则下列图示符合客观事实的是( )
答案 C
解析 B项，产生H2的速率大的应为CH3COOH，错误；D项，相同时间内c(H＋)变化较大的为HCl，错误。
8．对室温下c(H＋)相同、体积相同的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施后，有关叙述正确的是( )
A．加适量的醋酸钠晶体后，两溶液的c(H＋)均减小
B．使温度升高20 ℃后，两溶液的c(H＋)均不变
C．加水稀释两倍后，两溶液的c(H＋)均增大
D．加足量的锌充分反应后，两溶液产生的氢气一样多
答案 A
解析 加入醋酸钠，CH3COO－可结合H＋，c(H＋)均降低，A正确；升温有利于CH3COOH的电离，所以CH3COOH溶液中c(H＋)增大，B错误；加水稀释，两种溶液的酸性均减弱，C错误；两种溶液中c(H＋)相同，但是CH3COOH溶液中还有未电离的CH3COOH，所以最终醋酸产生的氢气比盐酸多，D错误。
9．(2022·鸡西高二月考)在溶液导电性实验装置里，相同温度下分别注入20 mL 6 ml·L－1醋酸和20 mL 6 ml·L－1氨水，灯光明暗程度相同，如果把这两种溶液混合后再实验，则下列说法正确的是( )
A．灯光变暗；CH3COOH的电离常数等于NH3·H2O
B．灯光变暗；CH3COOH的电离常数大于NH3·H2O
C．灯光变亮；CH3COOH的电离常数小于NH3·H2O
D．灯光变亮；CH3COOH的电离常数等于NH3·H2O
答案 D
解析 相同温度下，20 mL 6 ml·L－1醋酸和20 mL 6 ml·L－1氨水装置中的灯光亮度相同，说明等浓度的二者溶液中离子浓度相等，即二者电离常数相等；醋酸和氨水两种溶液混合生成强电解质醋酸铵，自由移动的离子浓度变大，溶液的导电能力增强，灯光变亮。
10．常温下，CH3COOH、HCOOH(甲酸)的电离平衡常数分别为1.75×10－5、1.8×10－4，以下关于0.1 ml·L－1 CH3COOH溶液、0.1 ml·L－1 HCOOH溶液的说法正确的是( )
A．c(H＋)：CH3COOH＞HCOOH
B．等体积的两溶液中，分别加入过量的镁，产生氢气的体积：HCOOH＞CH3COOH
C．HCOOH可能与NaOH发生反应：H＋＋OH－===H2O
D．将CH3COOH溶液稀释100倍过程中，eq \f(cCH3COOH,cCH3COO－·cH＋)保持不变
答案 D
解析 等浓度的甲酸和乙酸溶液，甲酸酸性强、电离程度大，所以溶液中的c(H＋)：CH3COOH＜HCOOH，故A错误；等浓度等体积的甲酸和乙酸溶液中，甲酸和乙酸的物质的量相等，分别加入过量的镁，产生氢气的体积相等，故B错误；HCOOH是弱酸，与NaOH发生反应：HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，故C错误；eq \f(cCH3COOH,cCH3COO－·cH＋)＝eq \f(1,Ka)，将CH3COOH溶液稀释100倍过程中，保持不变，故D正确。
11．高氯酸、硫酸、HCl和硝酸都是强酸，其酸性在水溶液中差别不大。以下是某温度下这四种酸在冰醋酸中的电离常数：
由表格中的数据判断下列说法不正确的是( )
A．在冰醋酸中这四种酸都没有全部电离
B．在冰醋酸中高氯酸是这四种酸中酸性最强的酸
C．在冰醋酸中硫酸的电离方程式为H2SO4===2H＋＋SOeq \\al(2－,4)
D．水对这四种酸的强弱没有区分能力，但冰醋酸可以区分这四种酸的强弱
答案 C
解析 由H2SO4在冰醋酸中的Ka可知，H2SO4在冰醋酸中不能全部电离，故C错误。
12．(2022·聊城高二检测)已知25 ℃时，测得浓度为0.1 ml·L－1的碱BOH的溶液中，c(OH－)＝1×10－3 ml·L－1。
(1)写出BOH的电离方程式：______________________________________________。
(2)BOH的电离平衡常数Kb＝______________________________________________。
(3)某温度T ℃时，BOH的电离平衡常数为1×10－7，结合(2)的计算可知T________25。若该碱的起始浓度也为0.1 ml·L－1，则溶液中c(B＋)＝________ml·L－1。
答案 (1)BOHB＋＋OH－ (2)1×10－5 (3)< 1×10－4
解析 (1)因c初始(BOH)＝0.1 ml·L－1，c电离(BOH)＝c(B＋)≈c(OH－)＝1×10－3 ml·L－1，则BOH不完全电离，故电离方程式为BOHB＋＋OH－。
(2)电离平衡时，c平衡(BOH)＝0.1 ml·L－1－1×10－3 ml·L－1≈0.1 ml·L－1，则电离常数Kb＝eq \f(cB＋·cOH－,cBOH)≈eq \f(1×10－3×1×10－3,0.1)＝1×10－5。
(3)电离过程是吸热的，温度越高电离常数越大，T ℃时BOH的电离平衡常数为1×10－7HSOeq \\al(－,3)>，水杨酸()与Na2SO3溶液反应，生成物为________(填字母)。
A．B．SO2
C．NaHCO3 D．
(2)亚硫酸电离常数为Ka1、Ka2，改变0.1 ml·L－1亚硫酸溶液的pH，其平衡体系中含硫元素微粒物质的量分数δ与pH的关系如图，则eq \f(Ka1,Ka2)＝______。
答案 (1)A (2)105
解析 (1)已知酸性：H2SO3>>HSOeq \\al(－,3)>，则根据强酸制弱酸可知，水杨酸()与亚硫酸钠溶液反应生成与NaHSO3，故选A。
(2)c(H2SO3)＝c(HSOeq \\al(－,3))时，Ka1(H2SO3)＝c(H＋)＝10－pH＝10－2，当c(SOeq \\al(2－,3))＝c(HSOeq \\al(－,3))时，Ka2(H2SO3)＝c(H＋)＝10－pH＝10－7，eq \f(Ka1,Ka2)＝eq \f(10－2,10－7)＝105。
14．(1)25 ℃时，a ml·L－1 CH3COOH溶液中c(H＋)＝10－b ml·L－1，用含a和b的代数式表示CH3COOH的电离常数Ka＝____________。
(2)已知25 ℃时，Ka(CH3COOH)＝1.75×10－5，Ka(HSCN)＝0.13。在该温度下将20 mL 0.1 ml·
L－1 CH3COOH溶液和20 mL 0.1 ml·L－1 HSCN溶液分别与20 mL 0.1 ml·L－1 NaHCO3溶液混合，实验测得产生的气体体积(V)随时间(t)变化的曲线如图，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___________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(3)下表是几种弱酸常温下的电离常数：
①CH3COOH、H2CO3、H2S、H3PO4四种酸的酸性由强到弱的顺序为________________
________________________________________________________________________。
②多元弱酸的二级电离程度远小于一级电离的主要原因是______________________(从电离平衡角度考虑)。
③同浓度的CH3COO－、HCOeq \\al(－,3)、COeq \\al(2－,3)、S2－结合H＋的能力由强到弱的顺序为________
________________________________________________________________________。
答案 (1)eq \f(10－2b,a－10－b)
(2)Ka(CH3COOH)CH3COOH>H2CO3>H2S
②一级电离产生的氢离子对二级电离起抑制作用
③S2－>COeq \\al(2－,3)>HCOeq \\al(－,3)>CH3COO－
解析 (1)Ka＝eq \f(cH＋·cCH3COO－,cCH3COOH)＝eq \f(c2H＋,a－cH＋)＝eq \f(10－2b,a－10－b)。
(2)由于Ka(CH3COOH)CH3COOH>H2CO3>
H2S。③酸越弱，其对应酸根离子结合H＋的能力越强，故结合H＋的能力由强到弱的顺序为S2－>COeq \\al(2－,3)>HCOeq \\al(－,3)>CH3COO－。
CH3COOH
HNO2
HCN
H2CO3
电离常数
1.75×10－5
5.6×10－4
6.2×10－10
Ka1＝4.5×10－7
Ka2＝4.7×10－11
酸
HCN
CH3COOH
H3PO2
电离常数K
6.2×10－10
1.75×10－5
5.9×10－2
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
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
酸
HX
HY
HZ
电离平衡常数Ka
9×10－7
9×10－6
1×10－2
组别
浓度
体积
①
0.1 ml·L－1醋酸
V1 L
②
0.01 ml·L－1醋酸
V2 L
酸
HClO4
H2SO4
HCl
HNO3
Ka
1.6×10－5
6.3×10－9
1.6×10－9
4.2×10－10
CH3COOH
H2CO3
H2S
H3PO4
Ka＝1.75×10－5
Ka1＝4.5×10－7
Ka2＝4.7×10－11
Ka1＝1.1×10－7
Ka2＝1.3×10－13
Ka1＝6.9×10－3
Ka2＝6.2×10－8
Ka3＝4.8×10－13