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基本理论电离平衡
第四节电离平衡
【知识网络】
一.
电离平衡:
二.溶液的pH:
三.盐类的水解
四.中和滴定
【易错指津】
1.判断电解质和非电解质
(1)电解质和非电解质必须是化合物,不能是单质也不能是混合物。
(2)电解质是溶质本身能电离。
就是说:
其水溶液能导电者,它不一定是电解质。
如:
SO2和CO2等都不是电解质。
(3)在水中不导电的化合物,不一定不是电解质。
如:
BaSO4、CaCO3等难溶盐,因为其溶解度太小,导电性不易测出。
但所溶解的极少部分,却能全部电离生成离子,故均为强电解质。
2.解题过程的有序性,是完成电解质溶液的有关试题中应加以注意的一个方面:
如在弱电解质溶液稀释、强酸或强碱的相互反应、酸碱的相互反应等,都应分层次地逐一分析外界条件的变化、平衡移动对所研究体系造成的影响。
如两强碱溶液相混合后,求溶液pH时,一定用[OH-]计算,绝对不能颠倒。
例:
将pH=10NaOH溶液和pH=12NaOH溶液等体积混合,求所得溶液的[H+]。
许多同学往往直接加以计算:
[H+]=(10-10+10-12)/2。
注意在混合过程中[H+]、[OH-]的变化:
[H+]=(10-10+10-12)/2=1/2×10-10,[OH-]=(10-2+10-4)/2=1/2×10-10,[H+][OH-]>Kw,平衡将向生成水的方向移动,导致[H+]、[OH-]下降,并将对[H+]造成较大的影响,但对[OH-]的影响不大,因而混合溶液中[H+]的计算,应由混合溶液中[OH-],再通过水的离子积算出。
3.离子浓度的大小判断的试题中应结合溶液中存在的电荷守恒、溶液的pH逐步分析。
在对等体积等浓度相混合的一元酸碱溶液、pH与pOH相等的酸与碱的等体积混合液,酸碱的物质的量之间的关系是解题的关键。
pH判断的失误,往往会造成离子浓度大小判断的错解。
4.在电离平衡的移动中,溶液中离子数目的变化与离子浓度的变化不一定是等同的。
如加水稀释0.1mol/L醋酸溶液,电离平衡右移,H+数目增多,但[H+]却是减小的。
弱电解质在反应或稀释过程中存在着电离平衡的移动,这一个知识点常隐藏于电解质溶液的考题中。
例:
将体积都为10mL、pH都等于3的醋酸和盐酸,加水稀释至amL和bmL,测得稀释后溶液的pH均为5。
则稀释后溶液的体积(1993年上海高考题)
A.a=b=100mLB.a=b=1000mLC.a
对盐酸稀释1000倍是符合题意的,但对醋酸来说,稀释时醋酸仍电离,稀释1000倍时其pH小于5。
要使pH等于5,必须再加水。
选D。
5.对酸、碱溶液的pH和盐溶液的pH以及对水的电离度的影响等知识掌握不好而导致失误。
例:
在pH都等于9的NaOH和CH3COONa两种溶液中,设由水电离产生的OH-离子浓度分别为Amol/L与Bmol/L,则A和B的关系为(1997年上海高考题)
A.A>BB.A=10-4BC.B=10-4AD.A=B
错解:
误认为pH相同的NaOH和CH3COONa两溶液中,水电离产生的OH-离子浓度是一样的,错选D。
思路分析:
两者pH=9,但NaOH抑制水的电离,而CH3COONa促进水的电离,因此B>A。
答案:
B。
方法要领:
本题以溶液的pH为基本框架,借以考查对碱溶液、盐溶液与水的电离之间关系的理解的深刻性。
NaOH和CH3COONa两种溶液pH相同,但两者对水的电离的影响不同;NaOH溶液中由水电离出的c(OH-)等于该溶液的c(H+);而CH3COONa溶液中由水电离出的c(OH-)就是溶液本身的c(OH-),所以A/B=10-9/10-5=10-4。
6.判断离子浓度时,要注意盐类的水解是“微弱”的。
判断两种物质是否完全反应是看溶液中两种溶质物质的量的关系,并不决定于溶液中已经存在的离子的物质的量。
等体积pH=3碱溶液与pH=11的碱溶液相混合后,溶液的pH不一定等于7。
如等体积pH=3的醋酸与等体积pH=11的NaOH相混后,醋酸中原存在的自由的H+离子与NaOH溶液中的OH-离子反应完,但原有的醋酸分子随反应的进行,继续电离出H+,结果反应后溶液呈酸性。
对NH3.H2O与NH4Cl;NaAc和HAc的混合溶液,如浓度相差在超过10倍,则酸或碱的电离能力大于其盐的水解能力。
(HCN和NaCN的混合溶液则相反)
7.对中和滴定注意:
仪器是否要用待盛液润洗,眼睛注视什么,滴定管读数要读到小数后几位等。
【典型例题评析】
例1下列物质的水溶液能导电,但属于非电解质的是(2000年上海市高考题)
A.CH3CH2COOHB.Cl2C.NH4HCO3D.SO2
思路分析:
对非电解质概念的理解应注意:
一是指“在水溶液里和熔化状态下”均不导电,二是“化合物”,单质、混合物、溶液均不属于非电解质。
SO2的水溶液导电,是因为它与水反应生成了能导电的化合物H2SO3,并不是SO2本身导电。
答案:
D
方法要领:
区别电解质和非电解质:
①均必须是化合物;②本身能电离者为电解质。
例2可判定某酸为强电解质的现象是(1998年高考化学试测题)
A.该酸加热至沸腾也不分解B.该酸可溶解Cu(OH)2
C.该酸可跟石灰石反应放出CO2D.0.1mol/L酸pH=1
思路分析:
酸的强弱决定于其电离能力的大小。
A只是说明酸较稳定;B、C只说明酸具有酸性,不能说明完全电离;D中pH=1则[H+]=0.1mol/L,等于酸的浓度,说明酸是一元强酸。
答案:
D
引申发散:
电解质相对强弱的判断的依据有:
①化学方程式,如:
C6H5OH+Na2CO3→C6H5ONa+NaHCO3(酸性:
H2CO3>C6H5OH>HCO3-)。
②同浓度电解质溶液pH大小或与金属反应快慢:
反应快者较电离能力强。
③同pH电解质的稀释:
两酸稀释相同倍数后,其pH较小的为弱酸。
④同pH同体积酸与同一物质反应耗该物质的量:
消耗物质多的为弱酸。
⑤盐溶液的pH大小:
如NaX、NaY的pH分别为8、9,则酸性是HX>HY。
⑥同条件下导电性:
导电性强者电离能力较强。
例3水的电离过程为H2OH++OH-,在不同温度下其平衡常数为K(25℃)=1.0×10-14,K(35℃)=2.1×10-14。
则下列叙述正确的是(2000年上海高考题)
A.C(H+)随着温度升高而降低C.在35℃时,c(H+)>c(OH-)
C.水的电离度
(25℃)>
(35℃)D.水的电离是吸热的
思路分析:
升温后K值增大,说明水的电离平衡右移,水的电离度增加,c(H+)增大,c(OH-)也增大,且增大的倍数相同。
答案:
D
方法要领:
水的电离要破坏O-H共价键,为吸热过程,根据温度对电离平衡影响作出判断。
注意任何温度下水中的[H+]与[OH-]总是相等的。
例4若室温时pH=a的氨水和pH=b的HCl等体积混合,恰好完全反应,,则该氨水的电离度可表示为(1997年全国高考题)
A.10(a+b-12)%B.10(a+b-14)%C.10(12-a-b)%D.10(14-a-b)%
思路分析:
氨水的电离度
=[OH-]/c=10a-14mol.L-1÷10-bmol.L-1=10(a+b-14)=10(a+b-12)%
其中浓度c借用了盐酸的浓度,这是理解题意等体积混合恰好完全反应而且酸碱都是一元的逻辑结果,是思维灵敏、严密的表现。
答案:
A
方法要领:
pH是重要概念,年年必考,本题跟
联系起来,组成新题,有一定难度。
题中涉及到指数运算,即用数学方法来解答化学问题。
在进行指数运算时,一定要细心,防止出现不必要的错误。
在计算中要注意乘以100%(而不是只增添百分号),以防错选B。
例5用水稀释0.1mol/L氨水时,溶液中随着水量的增加而减小的是(1998年全国高考题)
A.[OH-]/[NH3.H2O]B.[NH3.H2O]/[OH-]C.[H+]和[OH-]的乘积D.OH-的物质的量
思路分析:
A项:
[OH-]/[NH3.H2O]该表达式实际上代表了一元弱碱的电离度的求算式,而电离度随溶液浓度的变小而变大;B项是A项的倒数,故必然变小;C项[H+].[OH-]的乘积,只与温度有关;D项中,由于溶液稀释时,NH3.H2O的电离度变大,故溶液中OH-物质的量必变大。
答案:
B
方法要领:
本题考查了一元弱酸或弱碱的电离度的变化表示式。
对D项,随着稀释[OH-]始终是减小的,但n(OH-)是增大的。
复习中要掌握弱电解质溶液的电离平衡和电离度,及弱电解质冲稀时电离度、离子浓度、离子物质的量变化情况。
注意离子浓度的变化与离子物质的量的变化有时并不是一致的。
例6室温下,在pH=12的某溶液中由水电离的为[OH-](2000年全国高考题)
A.1.0×10-7mol/LB.1.0×10-6mol/LC.1.0×10-2mol/LD.1.0×10-12mol/L
思路分析:
本题只给了一个“某溶液”,若为碱的溶液,则水的电离平衡被破坏(抑制),因此由水电离出的[H+](H2O)=[OH-](H2O)=10-12mol/L;如该溶液是盐的溶液,则该盐必为弱酸盐,要促进水的电离,故水电离出的[H+](H2O)=[OH-](H2O)=10-2mol/L。
答案:
C、D
方法要领:
溶液在加酸、碱、盐时,其水电离产生的[H+](H2O)与[OH-](H2O)分别说明如下:
1.加酸:
[H+](H2O)=[OH-](H2O)=[OH-](溶液)=Kw/[H+](总)
2.加碱:
[H+](H2O)=[OH-](H2O)=[H+](溶液)=Kw/[OH-](总)
3.加盐:
①不水解盐:
[H+](H2O)=[OH-](H2O)=1×10-7mol/L
②强酸弱碱盐:
[H+](H2O)=[OH-](H2O)=[H+](溶液)
③弱酸强碱盐:
[H+](H2O)=[OH-](H2O)=[OH-](溶液)
例7在室温下等体积的酸和碱的溶液,混合后pH一定小于7的是(1997年全国高考题)
A.pH=3的硝酸跟pH=11的氢氧化钾溶液B.pH=3的硝酸跟pH=11的氨水
C.pH=3的硫酸跟pH=11的氢氧化钠溶液D.pH=3的醋酸跟pH=11的氢氧化钡溶液
思路分析:
pH=3的强酸溶液和pH=11的强碱溶液,等体积混合恰好中和,pH=7;pH=11的氨水,由于氨水是弱碱,已电离的NH3.H2O使溶液pH=11,但仍有大量NH3.H2O没有电离,等体积混合后,氨水过量,混合后溶液酸碱性由剩余NH3.H2O的决定,pH>7;在D中,醋酸过量,混合后溶液显酸性,pH<7。
答案:
D
方法要领:
此题可不必按反应的化学方程式计算,但必须清楚强电解质与弱电解质的电离情况不同,按酸中所含H+物质的量与碱中所含OH-物质的量,来判断反应后溶液的酸碱性。
应该明白如下规律:
(1)已知pH和溶液的体积,其H+(或OH-)物质的量与原强酸(或强碱)是一元的还是二元的无关。
(2)已知溶液的pH,若该溶液是弱酸(或弱碱),则原溶质的浓度远大于[H+](或[OH-])。
(3)酸与碱溶液混合,若酸有较大量剩余,溶液显酸性。
因为对大多数弱酸来说,弱酸的电离能力强于相应阴离子的水解能力。
若反过来,剩余的弱碱是NH3.H2O,溶液显碱性,因为NH3.H2O电离能力强于NH4+的水解能力。
对于H2SO4、Ba(OH)2等二元酸碱,当告知pH时,元数不再参与换算。
例8已知一种[H+]=1×10-3mol/L的酸和一种[OH-]=1×10-3mol/L的碱溶液等体积混合后溶液呈酸性。
其原因可能是(1991年全国高考题)
A.浓的强酸和稀的强碱溶液反应B.浓的弱酸和稀的强碱溶液反应
C.等浓度的强酸和弱碱溶液反应D.生成了一种强酸弱碱盐
思路分析:
酸和碱溶液混合后所得溶液呈酸性,其原因有下列两种可能:
其一,这两种溶液恰好完全反应,但参与反应的是弱碱和强酸,生成强酸弱碱盐容易水解而显酸性。
其二,酸和碱并没有恰好完全反应,反应以后酸有剩余,因而溶液显酸性。
本题中的酸溶液H+离子浓度只有1×10-3mol/L。
如果此酸是强酸,它是完全电离的,可见它是一种稀溶液;如果是弱酸,因为它只有少部分电离,则弱酸的浓度可能较大。
同理,碱溶液的OH-离子浓度也是1×10-3mol/L,即或是强碱的稀溶液,或是弱碱的较浓溶液。
如上所述,可立即排除选项A,并确定选项B是符合条件的答案,混合后的溶液呈酸性这表明所用的是较浓的弱酸实际上是过量的。
由于题目为不定项选择,还有正确的选项,需继续分析C、D两选项。
如果酸是强酸、碱是弱碱,按前分析,两者不可能是等浓度的,可判断选项C不对,也正是由于这种原因,混合溶液呈酸性肯定不是从生成的盐水解而来的,这样,选项D也不正确。
必须注意,题给的条件是酸中的[H+]与碱中的[OH-]相等,而不是酸溶液的浓度与碱溶液的浓度相等。
答案:
B
方法要领:
酸和碱之间的反应是最常见的化学反应之一,本题意在于以这类最常见的反应为素材,多角度地考查与之相关的知识。
本题设置了迷惑性较强的选项,估计考生在实际应答时会在几个都像似是而非的选项前下不了决心。
4个选项首先给人的印象好象是前3个叙述方式显然与选项D不同,这样D的地位就显得突出;加以强酸弱碱盐水解显酸性相当多的考生中认为是首先要考虑的原因。
在这种思维定势的影响下,错选了D。
纯净的强酸弱碱盐的水溶液,由于水解而显酸性。
但在强酸弱碱盐与弱碱的混合溶中,由于弱碱的电离趋势远大于强酸弱碱盐的水解趋势,即由于弱碱的存在而使溶液显碱性。
例9pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合,所得混合溶液的pH=11,则强碱与强酸的体积比是(1998年全国高考题)
A.11:
1B.9:
1C.1:
11D.1:
9
思路分析:
强酸与强碱混合的pH计算,相混时看余量,余下的溶液显碱性,且[OH-]=10-3mol/L,因此,若设强碱、强酸的体积分别为x、y,则由题意:
,x:
y=1:
9。
一题多解:
碱中[OH-]为酸中[H+]10倍,完全中和V(碱)/V(酸)=1/10,现OH-稍过量,故V(碱)/V(酸)>1:
10,只有D符合。
答案:
D
引申发散:
本题酸、碱反应后pH=11,说明碱过量,必须按[OH-]进行计算。
如果忽略了这一点而用[H+]计算,那就错了。
pH计算关键抓主要矛盾,即酸求[H+],碱求[OH-]。
且忌在任何情况下都以[H+]进行换算。
pH计算的几种情况:
1.两种强酸溶液混合时,先求[H+],再求pH
[H+]=
2.两种强碱溶液混合时,先求[OH-],再通过Kw求[H+],最后求pH
[OH-]=
3.强酸与强碱溶液混合:
H++OH-=H2O
①酸过量:
[H+]=[c(H+)V(H+)-c(OH-)V(OH-)]÷[V(H+)+V(OH-)]
②碱过量:
[OH-]=[c(OH-)V(OH-)-c(H+)V(H+)]÷[V(H+)+V(OH-)]
注意:
混合后溶液显酸性,一定用[H+]计算;如显碱性一定[OH-]用计算,绝不能颠倒。
4.强酸强碱溶液稀释后的pH
强酸或强碱溶液无限稀释时,其pH只是接近7。
例1025℃时,若体积为Va、pH=a的某一元强酸与体积为Vb、pH=b的某一元强碱混合,恰好中和,且已知Va (2000年全国高考题) (1)a值可否等于3(填“可”或“否”),其理由是 (2)a值可否等于5(填“可”或“否”),其理由是 (3)a的取值范围是 思路分析: 本题是一个pH的计算。 它以pH计算为载体,考查了讨论题型的解法。 根据酸碱中和的本质: n(H+)=n(OH-),由题意得: 10-a.Va=10b-14.Vb,Va/Vb=10a+b-14<1,讨论得解。 答案: (1)否,若a=3,则b=6,溶液显酸性,与题意不符;
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