鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 弱电解质的电离 盐类的水解第3课时导学案及答案
展开eq \a\vs4\al(盐类水解的应用)
利用盐类水解制备胶体、净水和除污
实验目的
利用水解反应解决实际问题。
实验用品
Na2CO3溶液,Al2(SO4)3 溶液,饱和FeCl3 溶液,稀盐酸,植物油,蒸馏水,略浑浊的天然淡水;
试管,烧杯,胶头滴管,酒精灯,三脚架,石棉网,激光笔。
实验方案设计及实施
利用所提供的实验用品,设计并实施实验,解决下列实际问题。
1.制备氢氧化铁胶体。
2.除去略浑浊的天然淡水中的悬浮颗粒物。
3.清除厨房的油污。
[问题探讨]
实验1的实验方案:向沸水中滴加几滴饱和FeCl3溶液,当液体呈现红褐色时,停止加热。
1.如何证明已经制备了Fe(OH)3 胶体?
提示:液体呈现红褐色,用激光笔照射液体,出现丁达尔现象,说明Fe3+水解生成了Fe(OH)3 胶体。
2.为什么当液体呈现红褐色时,停止加热,而不是继续加热?
提示:继续加热会使胶体发生聚沉。
3.制备过程中,加热的目的是什么?
提示:加热可以使HCl挥发,促进Fe3+的水解。
4.制备过程中,能否搅拌液体?
提示:不能,搅拌会使胶体发生聚沉。
实验2的实验方案:向浑浊的天然淡水中滴加几滴Al2(SO4)3 溶液。
1.本实验你会看到怎样的现象?为什么?
提示:浑浊的水很快变澄清。说明有Al3+水解生成了Al(OH)3 胶体。
2.将Al2(SO4)3溶液换为FeCl3溶液,是否也会看到上述现象?
提示:是,因为FeCl3溶液水解也会得到Fe(OH)3 胶体,也会起到净水的作用。
实验3的实验方案:将碳酸钠溶液加热后,然后用其清除厨房的油污。
1.去油污的原理是什么?
提示:碳酸钠溶液加热水解生成了OH-,油脂在碱性条件下可以水解,因此可以清除厨房的油污。
2.碳酸钠溶液去油污的过程中,为什么加热效果更好?
提示:因为加热可以促进碳酸钠溶液的水解,碳酸钠溶液水解程度大,碱性强,因此去油污效果好。
1.盐类水解在科学研究中的应用
2.盐类水解在工农业生产和生活中的应用
[名师点拨] 盐溶液“蒸干”问题
(1)盐溶液水解生成难挥发性酸时,蒸干后一般得原物质,如Al2(SO4)3(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸干))Al2(SO4)3(s)。
(2)盐溶液水解生成易挥发性酸时,蒸干灼烧后一般得对应的氧化物,如AlCl3(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸干))Al(OH)3eq \(――→,\s\up7(灼烧))Al2O3。
(3)强碱弱酸盐,如Na2CO3溶液等,蒸干后可得到原物质。
(4)阴、阳离子均易水解且其水解产物易挥发的盐蒸干后得不到任何物质,如NH4Cl、(NH4)2S等。
(5)考虑盐受热时是否分解
Ca(HCO3)2、NaHCO3、KMnO4固体受热易分解,因此蒸干灼烧后分别为Ca(HCO3)2―→CaCO3(CaO);NaHCO3―→Na2CO3;KMnO4―→K2MnO4+MnO2。
(6)还原性盐在蒸干时会被O2氧化
例如,Na2SO3(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸干))Na2SO4(s);FeSO4(aq)eq \(――→,\s\up7(蒸干))Fe2(SO4)3(s)。
(7)有时要从多方面考虑。例如,蒸干NaClO溶液时,既要考虑ClO-水解,又要考虑HClO分解,所以蒸干NaClO溶液所得固体为NaCl。
1.下列过程或现象与盐类水解无关的是( )
A.纯碱溶液去油污
B.加热稀醋酸溶液,其pH稍有减小
C.NH4Cl与ZnCl2溶液可做焊接中的除锈剂
D.浓的硫化钠溶液有臭味
解析:选B Na2CO3水解显碱性,可以去油污;加热稀醋酸,溶液的pH稍有减小与醋酸的电离有关,与水解无关;NH4Cl与ZnCl2水解都显酸性,可除锈;硫化钠水解的最终产物是H2S,所以浓硫化钠溶液中含有少量的H2S,有臭味。
2.实验室有下列试剂,其中必须用带橡胶塞的试剂瓶保存的是( )
①NaOH溶液 ②Na2CO3溶液 ③NH4Cl溶液
④浓HNO3
A.①③ B.①②
C.③④ D.②③
解析:选B 碱和水解显碱性的溶液均要存放在带橡胶塞的试剂瓶中,①强碱,②水解显碱性,故选B。
3.(1)AgNO3的水溶液呈________(填“酸”“中”或“碱”)性,常温时的pH________7(填“>”“=”或“<”),原因是(用离子方程式表示):________________________________________________________________________;
实验室在配制AgNO3溶液时,常将AgNO3固体先溶于较浓的硝酸中,然后再用蒸馏水稀释到所需的浓度,以________(填“促进”或“抑制”)其水解。
(2)氯化铝水溶液呈________性,原因是(用离子方程式表示):________________________________________________________________________。
把AlCl3溶液蒸干,灼烧,最后得到的主要固体产物是________。
解析:(1)由于AgNO3是强酸弱碱盐,银离子会发生水解:Ag++H2OAgOH+H+,水解后溶液显酸性,常温时pH小于7。若在配制AgNO3溶液时加入硝酸,由于硝酸能电离出大量氢离子,会对Ag+的水解起到抑制作用。
(2)由于氯化铝是强酸弱碱盐,所以其水溶液中存在铝离子的水解:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,所以溶液显酸性,若把氯化铝的水溶液蒸干并灼烧,由于盐酸的挥发,蒸干后生成Al(OH)3,然后再灼烧Al(OH)3会分解生成Al2O3。
答案:(1)酸 < Ag++H2OAgOH+H+ 抑制
(2)酸 Al3++3H2OAl(OH)3+3H+ Al2O3
eq \a\vs4\al(溶液中离子浓度大小比较)
1.电解质溶液中的三个“守恒”
(1)电荷守恒
①含义:电解质溶液中无论存在多少种离子,溶液总是呈电中性,即阳离子所带的正电荷总数一定等于阴离子所带的负电荷总数。
②应用:如Na2CO3溶液中存在Na+、COeq \\al(2-,3)、H+、OH-、HCOeq \\al(-,3),根据电荷守恒有n(Na+)+n(H+)=n(OH-)+n(HCOeq \\al(-,3))+2n(COeq \\al(2-,3))或c平(Na+)+c平(H+)=c平(OH-)+c平(HCOeq \\al(-,3))+2c平(COeq \\al(2-,3))。
③意义:由电荷守恒可准确、快速地解决电解质溶液中许多复杂的离子浓度关系问题。在应用时,务必弄清电解质溶液中所存在的离子的全部种类,切勿忽略H2O电离所产生的H+和OH-。
(2)物料守恒
①含义:在电解质溶液中,由于某些离子能水解或电离,某种元素的存在形式可能不同,但元素种类、每种元素的原子总数、不同元素之间原子数目之比都是保持不变的,称为物料守恒。它的数学表达式叫作物料恒等式或质量恒等式。
②应用:如Na2S溶液中存在的物料守恒为c平(Na+)=2[c平(H2S)+c平(S2-)+c平(HS-)]。
③意义:物料守恒能用于准确、快速地解决电解质溶液中复杂的离子、分子的物质的量浓度或物质的量关系的问题。在应用时,务必弄清电解质溶液中存在的变化(电离和水解反应),抓住物料守恒的实质。
(3)质子守恒
①含义:质子守恒是指电解质溶液中水电离出的H+总数等于水电离出的OH-总数。
②应用:如Na2S溶液中的质子转移如下:
可得Na2S溶液中质子守恒关系为c平(H3O+)+2c平(H2S)+c平(HS-)=c平(OH-)或c平(H+)+2c平(H2S)+c平(HS-)=c平(OH-)。质子守恒关系也可由电荷守恒关系与物料守恒关系推导得到。
2.溶液中粒子浓度大小的比较
(1)单一溶液中粒子浓度大小的比较
①多元弱酸溶液
根据多步电离分析知:一级电离>二级电离>三级电离。
例如,0.1 ml·L-1 H3PO4溶液中离子间的关系是c平(H+)>c平(H2POeq \\al(-,4))>c平(HPOeq \\al(2-,4))>c平(POeq \\al(3-,4))>c平(OH-)。
②多元弱酸的正盐溶液
根据弱酸根离子分步水解分析知:一级水解>二级水解。
例如,0.1 ml·L-1 Na2S溶液中:
一级水解:S2-+H2OHS-+OH-(主要)
二级水解:HS-+H2OH2S+OH-(次要)
故离子浓度的关系为c平(Na+)>c平(S2-)>c平(OH-)>c平(HS-)>c平(H+)。
③多元弱酸的酸式盐溶液
a.若离子的水解程度大于电离程度,溶液显碱性(如NaHCO3溶液)。
0.1 ml·L-1 NaHCO3溶液中存在:
水解:HCOeq \\al(-,3)+H2OH2CO3+OH-(主要)
电离:HCOeq \\al(-,3)H++COeq \\al(2-,3)(次要)
水的电离:H2OH++OH-(极微弱)
因水解程度>电离程度,故溶液呈碱性,溶液中各微粒浓度大小关系为
c平(Na+)>c平(HCOeq \\al(-,3))>c平(OH-)>c平(H2CO3)>c平(H+)>c平(COeq \\al(2-,3))。
b.若离子的水解程度小于电离程度,溶液呈酸性(如NaHSO3溶液)。
0.1 ml·L-1 NaHSO3溶液中存在:
电离:HSOeq \\al(-,3)H++SOeq \\al(2-,3)(主要)
水解:HSOeq \\al(-,3)+H2OH2SO3+OH-(次要)
水的电离:H2OH++OH-(极微弱)
因电离程度>水解程度,故溶液呈酸性,溶液中各微粒浓度大小关系为
c平(Na+)>c平(HSOeq \\al(-,3))>c平(H+)>c平(SOeq \\al(2-,3))>c平(OH-)>c平(H2SO3)。
(2)混合溶液中粒子浓度大小的比较
混合溶液中粒子浓度大小的比较,根据电离程度、水解程度的相对大小分析。
①电离程度大于相应离子的水解程度
例如等物质的量浓度的NH4Cl与NH3·H2O的混合溶液中存在:
NH3·H2O的电离:
NH3·H2ONHeq \\al(+,4)+OH-(主要)
NHeq \\al(+,4)的水解:NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+(次要)
因为电离程度>水解程度,故混合溶液呈碱性。
溶液中存在的电荷守恒式:c平(NHeq \\al(+,4))+c平(H+)=c平(Cl-)+c平(OH-),由于c平(OH-)>c平(H+),则c平(NHeq \\al(+,4))>c平(Cl-)。
物料守恒式:c平(NHeq \\al(+,4))+c平(NH3·H2O)=2c平(Cl-)。由于c平(NHeq \\al(+,4))>c平(Cl-),则c平(Cl-)>c平(NH3·H2O)。故混合溶液中粒子浓度大小顺序为:c平(NHeq \\al(+,4))>c平(Cl-)>c平(NH3·H2O)>c平(OH-)>c平(H+)。
再如等物质的量浓度的CH3COONa与CH3COOH的混合溶液呈酸性,溶液中粒子浓度关系为c平(CH3COO-)>c平(Na+)>c平(CH3COOH)>c平(H+)>c平(OH-)。
②电离程度小于相应离子的水解程度
例如等物质的量浓度的NaCN和HCN的混合溶液中存在:
CN-的水解:CN-+H2OHCN+OH-(主要)
HCN的电离:HCNH++CN-(次要)
因为水解程度>电离程度,故混合溶液呈碱性。
溶液中各粒子浓度大小顺序为c平(HCN)>c平(Na+)>c平(CN-)>c平(OH-)>c平(H+)。
[名师点拨]
(1)书写电荷守恒式时容易漏写部分离子及未在离子浓度前乘以该离子所带电荷数,如Na2CO3溶液中漏写HCOeq \\al(-,3)或未在c平(COeq \\al(2-,3))前乘以“2”。
(2)书写物料守恒时,未列出含某元素的全部粒子,如Na2CO3溶液中漏写H2CO3。
(3)应用质子守恒时,要抓住电解质溶液中得失质子的基准态物质。
1.常温下,盐酸和氨水混合,所得溶液pH=7,则此溶液中的关系正确的是( )
A.c平(NHeq \\al(+,4))<c平(Cl-)
B.c平(NHeq \\al(+,4))=c平(Cl-)
C.c平(NHeq \\al(+,4))>c平(Cl-)
D.无法确定c平(NHeq \\al(+,4))与c平(Cl-)的大小
解析:选B 盐酸和氨水混合后的溶液中存在电荷守恒:c平(NHeq \\al(+,4))+c平(H+)=c平(Cl-)+c平(OH-),因为所得溶液pH=7,即c平(H+)=c平(OH-),故c平(NHeq \\al(+,4))=c平(Cl-)。
2.HA为酸性略强于醋酸的一元弱酸。在0.1 ml·L-1NaA溶液中,离子浓度关系正确的是( )
A.c平(Na+)>c平(A-)>c平(H+)>c平(OH-)
B.c平(Na+)>c平(OH-)>c平(A-)>c平(H+)
C.c平(Na+)+c平(OH-)=c平(A-)+c平(H+)
D.c平(Na+)+c平(H+)=c平(A-)+c平(OH-)
解析:选D HA为一元弱酸,则NaA为强碱弱酸盐,由于A-的水解溶液显碱性,离子浓度大小为c平(Na+)>c平(A-)>c平(OH-)>c平(H+),A项错误,B项错误;根据溶液中电荷守恒,则c平(Na+)+c平(H+)=c平(A-)+c平(OH-),C项错误,D项正确。
3.常温时将0.1 ml·L-1 CH3COOH溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合后(若混合后两者的体积可以相加),恰好完全反应,则下列有关所得混合液的说法正确的是( )
A.所得混合液中c平(Na+)>c平(CH3COO-)>c平(H+)>c平(OH-)
B.混合后溶液pH=7
C.所得混合液中存在c平(CH3COOH)+c平(CH3COO-)=0.05 ml·L-1
D.混合后溶液中存在c平(CH3COOH)+c平(CH3COO-)=c平(Na+)+c(H+)
解析:选C 二者混合后溶质为CH3COONa。根据物料守恒,反应后的溶液中c平(CH3COOH)+c平(CH3COO-)=eq \f(1,2)×0.1 ml·L-1=0.05 ml·L-1,C正确。CH3COONa水解显碱性,pH>7,B不正确;离子浓度大小顺序为c平(Na+)>c平(CH3COO-)>c平(OH-)>c平(H+),A不正确;由电荷守恒知:c平(Na+)+c平(H+)=c平(CH3COO-)+c平(OH-),D不正确。
[分级训练·课课过关]_________________________________________________________
1.下面提到的问题中,与盐的水解有关的是( )
①明矾和FeCl3可做净水剂
②为保存FeCl3溶液,要在溶液中加少量盐酸
③实验室配制AlCl3溶液时,应先把它溶解在盐酸中,而后加水稀释
④NH4Cl溶液可做焊接中的除锈剂
⑤实验室盛放Na2SiO3溶液的试剂瓶应用橡胶塞,而不能用玻璃塞
⑥用NaHCO3与Al2(SO4)3两种溶液可做泡沫灭火剂
⑦在NH4Cl或AlCl3溶液中加入金属镁会生成氢气
⑧草木灰与铵态氮肥不能混合施用
⑨加热蒸干AlCl3溶液得到Al(OH)3固体
A.①④⑦ B.②⑤⑧
C.③⑥⑨ D.全部
解析:选D ①明矾和FeCl3可做净水剂是因为铝离子、铁离子可水解生成胶体;②加入盐酸抑制铁离子的水解;③盐酸抑制氯化铝的水解;④铵根离子水解显酸性;⑤硅酸根离子水解显碱性,生成的碱能和玻璃中的二氧化硅反应;⑥碳酸氢根离子与铝离子发生双水解生成二氧化碳;⑦铵根离子、铝离子水解显酸性;⑧铵根离子水解呈酸性,碳酸根离子水解显碱性;⑨AlCl3是强酸弱碱盐,加热蒸干时促进水解。
2.在蒸发皿中用酒精灯加热蒸干下列物质的溶液然后灼烧,可以得到该物质固体的是( )
A.AlCl3 B.Na2SO3
C.KMnO4 D.MgSO4
解析:选D AlCl3溶液蒸干灼烧得Al2O3;Na2SO3在空气中被氧化成Na2SO4;KMnO4受热分解。
3.已知,常温下某浓度的NaHSO3稀溶液的pH<7。则该稀溶液中下列粒子浓度关系正确的是( )
A.c平(Na+)>c平(HSOeq \\al(-,3))>c平(H2SO3)>c平(SOeq \\al(2-,3))
B.c平(Na+)>c平(HSOeq \\al(-,3))+c平(SOeq \\al(2-,3))
C.c平(Na+)+c平(H+)=2c平(SOeq \\al(2-,3))
D.c平(Na+)+c平(H+)=c平(HSOeq \\al(-,3))+c平(OH-)
解析:选B NaHSO3溶液中存在:HSOeq \\al(-,3)H++SOeq \\al(2-,3)、HSOeq \\al(-,3)+H2OH2SO3+OH-,由于溶液的pH<7,说明HSOeq \\al(-,3)的电离程度大于HSOeq \\al(-,3)的水解程度,故c平(SOeq \\al(2-,3))>c平(H2SO3),A项错误;由物料守恒可知,c平(Na+)=c平(HSOeq \\al(-,3))+c平(SOeq \\al(2-,3))+c平(H2SO3),故 c平(Na+)>c平(HSOeq \\al(-,3))+c平(SOeq \\al(2-,3)),B项正确;由电荷守恒可知,c平(Na+)+c平(H+)=c平(HSOeq \\al(-,3))+2c平(SOeq \\al(2-,3))+c平(OH-),C、D项均错误。
4.常温下,某酸HX稀溶液和某碱YOH稀溶液的物质的量浓度相等,两溶液混合后,溶液的pH大于7的是( )
解析:选D A.若为强酸与强碱,二者恰好完全反应,生成强碱强酸盐,溶液呈中性,pH=7;B.若为强酸与强碱,酸过量,溶液呈酸性,pH<7;C.若为强酸与弱碱,二者恰好完全反应,生成强酸弱碱盐,溶液呈酸性,pH<7;D.若为弱酸与强碱,二者恰好完全反应,生成强碱弱酸盐,溶液呈碱性,pH>7。
5.25 ℃时,对于0.1 ml·L-1氨水,请回答以下问题:
(1)若向氨水中加入少量硫酸铵固体,此时溶液中eq \f(c平(NHeq \\al(+,4)),c平(NH3·H2O))将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)若向氨水中加入pH=1的硫酸,且氨水与硫酸的体积之比为1∶1,此时溶液的pH________7(填“大于”“小于”或“等于”),原因是(用离子方程式表示)__________________,此时溶液中各离子浓度由大到小的顺序为_______________________。
(3)若向氨水中加入0.05 ml·L-1稀硫酸至溶液恰好呈中性,所用氨水的体积V1与稀硫酸的体积V2的关系为V1________V2(填“大于”“小于”或“等于”),写出溶液中各离子的浓度之间满足的电荷守恒式_________________________________________。
解析:(1)NH3·H2ONHeq \\al(+,4)+OH-,加入硫酸铵固体,虽然平衡向左移动,OH-的浓度减小,但平衡常数K=eq \f(c平(NHeq \\al(+,4))·c平(OH-),c平(NH3·H2O))不变,eq \f(c平(NHeq \\al(+,4)),c平(NH3·H2O))将增大。(2)二者恰好完全反应生成硫酸铵,NHeq \\al(+,4)水解使溶液呈酸性。(3)若恰好完全反应则溶液呈酸性,若要使pH=7,则硫酸的量要少一些。
答案:(1)增大 (2)小于 NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+ c平(NHeq \\al(+,4))>c平(SOeq \\al(2-,4))>c平(H+)>c平(OH-)
(3)大于 c平(NHeq \\al(+,4))+c平(H+)=2c平(SOeq \\al(2-,4))+c平(OH-)
明课程标准
扣核心素养
1.能利用水解原理分析、解释生产生活中遇到的盐类水解的现象,知道盐类水解在做净水剂、去污剂、灭火剂及溶液配制等方面的应用。
2.能选择实例说明溶液pH的调控在工农业生产和科研中的重要作用。
1.科学探究与创新意识:能发现和提出有关盐类水解的问题,并设计探究方案,进行实验探究。
2.科学态度与社会责任:了解盐类水解在生产生活、化学实验、科学研究中的应用,培养科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
应用
实验
配制易水解的盐溶液
配制某些强酸弱碱盐时,需要加入相应的强酸,可使水解平衡向左移动,抑制阳离子的水解,如配制FeCl3、SnCl2溶液时,由于Fe3+、Sn2+水解程度较大,通常先将它们溶于盐酸中,再加水稀释到所需的浓度
制备某些胶体
利用水解原理制备胶体,如向沸水中滴加饱和FeCl3溶液,产生红褐色胶体:Fe3++3H2Oeq \(=====,\s\up7(△))Fe(OH)3(胶体)+3H+
保存碱性溶液
Na2CO3、Na2S等溶液水解显碱性,因碱性溶液可与玻璃中的SiO2反应,所以保存时不能使用磨口玻璃塞,应用带橡胶塞的试剂瓶保存
制备某些无水盐
若将某些挥发性酸对应的盐,如AlCl3、FeCl3蒸干时,得不到无水盐,原因是在加热过程中,HCl不断挥发,水解平衡不断向右移动,得到Al(OH)3或Fe(OH)3,加热Al(OH)3、Fe(OH)3 继续分解得到Al2O3、Fe2O3。所以上述晶体只有在HCl气流中加热才能得到
判断离子是否共存
常见的因强烈水解而不能大量共存的离子:Al3+与COeq \\al(2-,3)、HCOeq \\al(-,3)、S2-、HS-、[Al(OH)4]-;Fe3+与HCOeq \\al(-,3)、COeq \\al(2-,3)、[Al(OH)4]-;NHeq \\al(+,4)与[Al(OH)4]-、SiOeq \\al(2-,3)
混合盐溶液中的除杂和提纯
①采用加热法来促进溶液中某些盐的水解,使之生成氢氧化物沉淀,以除去溶液中的某些金属离子,如除去KNO3溶液中的Fe3+;
②除去酸性MgCl2溶液中的FeCl3,可加入MgO、Mg(OH)2或MgCO3促进FeCl3的水解,使FeCl3转化为Fe(OH)3沉淀而除去,可表示为Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+,MgO+2H+===Mg2++H2O
应用
实例
明矾或FeCl3可作净水剂
Al3+、Fe3+水解产生的胶体,其表面积大,能够吸附水中的悬浮物形成沉淀而起到净水的作用
用热的纯碱去污效果更好
COeq \\al(2-,3)+H2OHCOeq \\al(-,3)+OH-,水解反应为吸热反应,加热,水解平衡右移,溶液的碱性增强,去污效果更好
泡沫灭火器的原理
泡沫灭火器中使用的是Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液,两者混合时,发生相互促进的水解反应,直至水解完全:Al3++3HCOeq \\al(-,3)===Al(OH)3↓+3CO2↑,灭火器内压强增大,CO2、H2O、Al(OH)3一起喷出覆盖在着火物质上使火焰熄灭
用盐溶液除锈
用NH4Cl溶液可除去金属表面的氧化膜:NHeq \\al(+,4)+H2ONH3·H2O+H+,氧化膜与H+反应而溶解
选项
HX
YOH
溶液的体积关系
A
强酸
强碱
V(HX)=V(YOH)
B
强酸
强碱
V(HX)>V(YOH)
C
强酸
弱碱
V(HX)=V(YOH)
D
弱酸
强碱
V(HX)=V(YOH)
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