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精品复习ppt课件
展开水的电离和溶液的酸碱性
难溶电解质的沉淀溶解平衡
Kw =[H+][OH—]
在一定温度下,当水的电离达到平衡时,电离产物H+和OH-浓度之积是一个常数,记作KW,KW 叫做水的离子积常数,简称水的离子积:
一、水的电离和水的离子积常数
水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离。
KW 不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液,在任何酸、碱、盐的稀溶液中,只要温度一定,Kw就一定。
水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。[H+]表示溶液中总的H+浓度,[OH-]表示溶液中总的OH-浓度。
外界条件对水的电离平衡及Kw 的影响
⑴水的电离为吸热过程,升高温度,水的电离平衡向电离方向移动, KW增大。
⑵温度不变,加入酸或碱,电离产生H+或OH-,能抑制水的电离,使水的电离程度减小,但KW不变。
⑶ 加入某些与水反应的物质, 由于结合水电离出的H+或OH-能促进水的电离平衡,使水的电离程度增大,但KW不变。
碱溶液中Kw=c水(H+)·c碱(OH-)(忽略水电离出的OH-的浓度)。
Kw表达式中[H+]、[OH-]均表示整个溶液中总物质的量浓度,但是一般情况下有:
酸溶液中Kw=c酸(H+)·c水(OH-)(忽略水电离出的H+的浓度)。
外界条件改变,水的电离平衡发生移动;但由水电离出的c(H+)与水电离出的c(OH-)一定相等。
曲线上的任意点(如a,b,c)的Kw都相同,即c(H+)·c(OH-)相同,温度相同。
曲线外的任意点(如d)与曲线上任意点的Kw不同,温度不同。
实现曲线上点之间的转化需保持温度不变,改变酸碱性;实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定改变温度。
二、溶液的酸碱性与 pH
pH的大小能反映出溶液中[H+]的大小,即表示稀溶液酸、碱性的强弱。
用H+物质的量浓度的负对数来表示溶液酸碱性。
pH值越大碱性越强,pH越小酸性越强。
pH的适用范围:[H+]和[OH-]都较小的稀溶液(小于1 ml•L-1)
1.单一溶液pH的计算(1)c ml·L-1 HnA强酸溶液的pH (25 ℃)①c(H+)= ml·L-1; ②pH= 。(2)c ml·L-1 B(OH)n强碱溶液的pH (25 ℃)①c(OH-)= ml·L-1;
③pH= 。
2.混合溶液pH的计算方法(1)强酸与强酸混合(稀溶液体积变化忽略)
(2)强碱与强碱混合(稀溶液体积变化忽略)
(3)强酸与强碱混合(稀溶液体积变化忽略)①恰好完全反应,溶液呈中性,pH=7 (25 ℃);②酸过量:
一、弱电解质的电离平衡
在水溶液里全部电离成离子
在水溶液里只有部分分子电离成离子
①强酸:HCl、H2SO4等;②强碱:NaOH、Ca(OH)2等③绝大多数盐:如NaCl、BaSO4等 ④活泼金属氧化物:Na2O、CaO等
①弱酸:HF、HClO、CH3COOH、H2CO3、H2S、H2SO3、H3PO4 等。②弱碱:NH3·H2O、Fe(OH)3、Al(OH)3、Cu(OH)2等 ③水是极弱的电解质。④少数盐:(CH3COO)2Pb
强电解质、弱电解质与其溶解性无关
V(电离) = V(结合) 电离平衡状态
弱电解质电离平衡状态建立示意图
电离平衡也是一种化学平衡
在一定温度下,当弱电解质溶于水,在水分子的作用下,弱电解质分子电离出离子,而电离产生的离子又可以重新结合成分子。弱电解质的电离过程是可逆的,这两种相反的趋势最终将达到电离平衡状态。
如0.1 ml·L-1的CH3COOH溶液中,c(H+)在1×10-3 ml·L-1左右。
弱电解质的电离属于可逆过程,分子、离子共存。
弱电解质在溶液中的电离都是微弱的。
电离方向是微粒数增多的过程。
弱电解质的电离是可逆过程
v(电离) = v(结合) ≠0
电离平衡是一种动态平衡
溶液中各分子、离子的浓度不变。
条件改变时,电离平衡发生移动
平衡移动规律—勒夏特列原理
当外界条件改变时符合“勒夏特列原理”
内因:电解质本身的性质。通常电解质越弱电离程度越小。
弱电解质的电离一般是吸热过程,升高温度使电离平衡向电离的方向移动,电离程度增大。
在一定温度下,同一弱电解质溶液,浓度越小,离子相互碰撞结合为分子的几率越小,电离程度越大。
加水稀释能促进弱电解质的电离,弱电解质的电离程度增大,但离子浓度却是减小的。
如0.1 ml/L CH3COOH溶液加水稀释,溶液中c(H+)、c(CH3COOH)、c(CH3COO-)都是降低的。
加入能与弱电解质电离出的离子发生反应的物质时,电离平衡向电离的方向移动,电离程度增大。如向醋酸中加入镁条。
加入与弱电解质具有相同离子的电解质时,可使电离平衡向结合成弱电解质分子的方向移动,电离程度减小。
注意:加入同浓度的弱电解质溶液→平衡不移动→各微粒浓度不变、电离程度不变
二、电离平衡常数和电离度
弱酸和弱碱的电离常数分别用Ka和Kb表示.
NH3·H2O NH + OH−
CH3COOH H+ + CH3COO−
K 值越大,电离能力越强,相应弱酸 (或弱碱)的酸(或碱)性越强。
多元弱酸的电离是分步进行的,每步各有电离平衡常数,通常用K1、K2等来分别表示。 H2CO3 H++HCO3- HCO3- H++CO32-
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。
电离常数的大小:Ka1≫Ka2≫Ka3;多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。
多元弱酸溶液的酸性主要由第一步电离决定。
Ka1≫Ka2≫Ka3原因:
第一步电离产生的H+对第二、三步的电离起抑制作用,使其电离平衡逆向移动。
(1)内因:弱电解质的本身性质。电解质越弱,Ka(或Kb)越小,越难电离,酸 (碱)的酸(碱)性越弱。
(2)外因:只与T有关
T越大, Ka(Kb)越大。
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。
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。
根据电离常数可以判断盐与酸(或碱)反应是否发生,一般符合相同条件下“强酸(碱)制弱(碱)”规律。
根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度大小或比值。
一般弱酸的电离常数越小,电离程度越弱,弱酸的酸性越弱,此时弱酸根离子结合氢离子的能力就越强。
弱电解质电离程度相对大小的另一种参数。
电离度与化学平衡的转化率类似。
——弱电解质本身的性质
——温度升高,电离度增大
——浓度减小(稀释),电离度增大
c酸·V酸=c碱·V碱
依据中和反应,用已知浓度的酸(或碱)溶液来测定未知碱(或酸)溶液的浓度,由此建立的定量分析方法称为酸碱中和滴定,简称酸碱滴定或中和滴定。
使用前先检查滴定管活塞是否漏水。
用蒸馏水洗涤滴定管2-3次。
用待装液洗涤滴定管2-3次。
注入待装的酸、碱溶液至滴定管“0”刻度以上2~3 mL,用滴定管夹固定滴定管。
调节滴定管,使尖嘴部分充满反应液,并使液面位于某一刻度处。
1. 右手振荡锥形瓶。
2. 左手控制滴定管。
3. 眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化。
5. 滴定终点达到后,半分钟颜色不变,再读数。
4. 滴加速度先快后慢,后面可半滴,直至指示剂颜色突变。
在接近终点时,半滴半滴地滴入溶液,当加入半滴后溶液恰好出现浅红色且30 s内红色不褪去,则达到滴定终点。
终点的判断:等到滴入最后半滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不变回原色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
数据处理:为减少实验误差,滴定时,要求重复实验2~3次,求出待测溶液的物质的量浓度,然后再求出测定数值的平均值。
半滴操作:将悬挂在滴定管尖嘴处的液体,轻轻靠一下锥形瓶内壁,随即用少量蒸馏水淋下。
分析依据c待测·V待测=c标准·V标准
c标准、V待测均为代入定值,误差均体现在 的大小。
二、酸碱中和滴定误差分析
以用标准盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例:
盐在水溶液中电离出的离子与水电离出的H+或OH-结合生成弱电解质的反应。
生成弱电解质,破坏、促进水的电离。
盐 + 水 酸 + 碱
水解反应可以看成酸碱中和反应的逆反应,是吸热反应
盐类水解程度一般很小,水解时通常不生成沉淀和气体,书写水解的离子方程式时,一般用“⇌”连接,产物不标“↑”或“↓”。
ClO-+H2O ⇌HClO+OH-
NH4++H2O ⇌NH3·H2O+H+
盐类水解离子方程式的书写
多元弱酸根离子的水解分步进行,第一步水解远大于第二步水解,水解以第一步为主。
HCO32-+H2O ⇌H2CO3+OH-
CO32-+H2O ⇌ HCO32-+OH-
多元弱碱阳离子水解反应过程复杂,只要求一步写到底。
Fe3++3H2O ⇌Fe(OH)3+3H+
弱酸弱碱盐中阴、阳离子水解相互促进。
1、NH4+与S2-、HCO3-、CO32-、CH3COO-等组成的盐虽然水解相互促进,但水解程度较小,书写时仍用“⇌”表示。
NH4++CH3COO-+H2O⇌CH3COOH+NH3·H2O。
2、Al3+与CO32-、HCO3-、S2-、HS-、AlO2-,Fe3+与CO32-、HCO3-等组成的盐水解相互促进非常彻底,生成气体和沉淀,书写时用“===”表示。
Al3++3HCO3-===Al(OH)3↓+3CO2↑。
(一般要有弱碱沉淀生成)
水解反应A-+H2O ⇌ HA+OH-的平衡常数(Kh)的表达式。
c(HA)·c(OH-)
同理:一元弱碱的水解平衡常数(Kh)的表达式:
Kh是化学平衡常数的一种,只与温度有关,与盐溶液的浓度无关,一般温度升高,Kh增大。
Kh定量的表示水解反应趋势的大小,Kh越大,水解趋势越大。
盐的离子对应的酸或碱越弱,则水解程度越大。
溶液的酸碱性对盐类水解的影响与盐的类型有关
===Al(OH)3↓+3CO2↑
塑料内筒中装有浓 Al2(SO4)3 溶液,内外筒之间装有 NaHCO3 浓溶液。使用时将灭火器倒置,两溶液混合后发生剧烈反应,产生的大量气体和沉淀一起以泡沫形式喷出,覆盖在燃烧物的表面以隔绝氧气,从而达到灭火的效果。
盐类的水解反应在生产、生活中应用广泛。
难溶电解质的沉淀溶解平衡
Ag+ Cl- H2O
1、溶解过程:在水分子作用下,少量Ag+和Cl-脱离AgCl表面进入水中;
2、沉淀过程:溶液中的Ag+和Cl-受AgCl表面阴、阳离子的吸引,回到AgCl表面析出。
AgCl在溶液中存在两个过程:
一、难溶电解质的溶解平衡
在一定温度下,当沉淀溶解和生成的速率相等时,即建立了动态平衡,叫做沉淀溶解平衡。
易溶电解质做溶质时只要是饱和溶液也可存在溶解平衡。
影响难溶电解质沉淀溶解平衡的因素
离子反应中易生成溶解度很小的沉淀物质。
①难溶的电解质更易建立溶解平衡。
②难溶的电解质溶解度很小,但不会等于0,并不是绝对不溶。
③习惯上将生成难溶电解质的反应,认为反应完全了。对于常量的反应来说,0.01 g是很小的。当溶液中残留的离子浓度< 1 ×10-5 ml/L时,沉淀就达到完全。
沉淀溶解平衡的影响因素
外界条件对沉淀溶解平衡的影响
加入可与难溶电解质溶解所得的离子反应的物质,沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
升高温度,多数沉淀溶解平衡向溶解方向移动;少数沉淀溶解平衡向生成沉淀方向移动,如Ca(OH)2的沉淀溶解平衡。
加水稀释,沉淀溶解平衡向溶解方向移动。
加入与难溶电解质构成中相同的离子,平衡向生成沉淀方向移动。
AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
注意:①可逆号表示沉淀、溶解同时进行 ②物质状态:固体(s)、溶液(aq)
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)
Ksp(AgCl) =[Ag+][Cl-]
Ksp(AmBn) =[An+]m[Bm-]n
溶度积常数,简称溶度积
注意:固体纯物质不列入溶度积常数表达式。
二、难溶电解质的溶度积常数
①Ksp反映了难溶电解质在水中的溶解能力。 Ksp越小,越难溶。
②Ksp与温度有关。 其它条件一定时,一般温度越高,Ksp越大。
溶度积Ksp值的大小只与难溶电解质本身的性质和温度有关,与沉淀的量和溶液中离子的浓度无关。
Q=(Ba2+)·c(SO42-)
以沉淀溶解平衡BaSO4(s) Ba2++SO42-为例:
Q=c(Ba2+)·c(SO42-)>Ksp,溶液过饱和,有沉淀析出,直至溶液饱和,达到新的平衡。
Q=c(Ba2+)·c(SO42-)=Ksp,溶液饱和,沉淀与溶解处于平衡状态。
1、同种类型的难溶电解质,Ksp可用于溶解度的直接比较。
如AgCl、AgBr、AgI都是AB型,Ksp越大,难溶电解质在水中的溶解能力越强。
2、对于不同类型的物质,Ksp不能直接作为比较依据,而应通过计算将Ksp转化为饱和溶液中溶质的物质的量浓度来确定溶解能力的大小。
如AgCl、AgBr、AgI都是AB型,Ag2S是A2B型,不同类型不能直接比较溶解度大小。
对于同类型且含有相同离子的沉淀,溶度积越小,沉淀越先生成。
——3.判断沉淀生成的顺序
生成沉淀的条件是满足Qc>Ksp,由此可以计算出使离子沉淀完全的条件。通常认为当溶液中的离子浓度小于等于10-5ml•L-1时,该离子已沉淀完全。
——4.判断沉淀生成的条件
三、沉淀溶解平衡的应用
①饱和溶液析出晶体:根据同离子效应,加入相同离子,使平衡向沉淀方向进行如:NaCl溶液,通入HCl气体,有NaCl晶体析出
②升温溶解或降温沉淀:升高温度,溶解度变大,晶体溶解降低温度,溶解度变小,晶体沉淀如:工艺流程题中常出现:蒸发浓缩,冷却结晶的操作
如硫酸钡在硫酸中的溶解度比在纯水中小。
加入可与体系中某些离子反应生成更难溶物或气体时,平衡向溶解方向移动。但 Ksp 不变。如:AgCl 中加入 KI(s),AgCl 溶解,生成AgI.
④加沉淀剂:如沉淀Cu2+、Hg2+等,以Na2S、H2S做沉淀剂
设法不断移去溶解平衡体系中的相应离子,使平衡向沉淀溶解的方向移动
(2)使沉淀溶解的方法
在特殊情况下,控制反应条件,也可使溶解能力相对较弱的物质转化为溶解能力相对较强的物质。
溶液中的离子浓度幂之积大于Ksp
一般是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。两种沉淀的溶解度差别越大,沉淀转化越容易。
(1)一般来说,当溶液中有多种可以沉淀的离子且生成相同类型的沉淀时,Ksp越小的越先沉淀。(2)当离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,认为已完全沉淀。
①沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动。一般是溶解度小的沉淀会转化生成溶解度更小的沉淀。
②当一种试剂能沉淀溶液中几种离子时,生成沉淀所 需试剂离子浓度越小的越先沉淀;如果生成各种沉 淀所需试剂离子的浓度相差较大,就能分步沉淀,从而达到分离离子的目的。
③溶解度小,先沉淀的规则只针对离子浓度相差不大 时,若离子浓度相差较大时,先达到溶度积的物质先沉淀(通过计算得到)。
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