1、- 1 -第三章：水溶液中的离子平衡一 弱电解质的电离平衡与电离常数1.弱电解质的电离平衡电离平衡也是一种动态平衡，当溶液的温度、浓度改变时，电离平衡都会发生移动，符合勒夏特列原理，其规律是(1)浓度：浓度越大，电离程度越小。在稀释溶液时，电离平衡向右移动，而离子浓度一般会减小。(2)温度：温度越高，电离程度越大。因电离是吸热过程，升温时平衡向右移动。(3)同离子效应：如向醋酸溶液中加入醋酸钠晶体，增大了 CH3COO 的浓度，平衡左移，电离程度减小；加入稀盐酸，平衡也会左移。(4)能反应的物质：如向醋酸溶液中加入锌或 NaOH 溶液，平衡右移，电离程度增大。2.电离常数(电离平衡常数)以 C
2、H3COOH 为例， K ， K 的大小可以衡量弱电解质电离的难易， Kc CH3COO c H c CH3COOH只与温度有关。对多元弱酸(以 H3PO4为例)而言，它们的电离是分步进行的，电离常数分别为 K1、 K2、 K3，它们的关系是 K1K2K3，因此多元弱酸的强弱主要由 K1的大小决定。【例 1】 下表是几种常见弱酸的电离方程式及电离平衡常数(25 )。酸 电离方程式 电离平衡常数 KCH3COOH CH3COOHCH 3COO H 1.76105H2CO3H2CO3H HCO 3HCO H CO 3 23K14.3110 7K25.6110 11H3PO4H3PO4H H 2PO
3、 4H2PO H HPO2 4 4HPO H PO24 34K17.5210 3K26.2310 8K32.2010 13下列说法正确的是( )A.温度升高， K 减小B.向 0.1 molL1 CH3COOH 溶液中加入少量冰醋酸， c(H )/c(CH3COOH)将减小C.等物质的量浓度的各溶液 pH 关系为 pH(Na2CO3)pH(CH3COONa)pH(Na3PO4)D.PO 、HPO 和 H2PO 在溶液中能大量共存34 24 4【答案】B )增大， K 不变， c(H )/c(CH3COOH) K/c(CH3COO )，因此 c(H )/c(CH3COOH)将减小；选项C，由于
4、HPO 的电离常数pH(Na2CO3)pH(CH3COONa)；选项 D，根据 H3PO4的三级电离常数可知能发生如下反应 H2PO PO =2HPO ，因此 PO 、HPO 和 H2PO 在溶液中不能大量共存。 4 34 24 34 24 43.电离平衡的移动与电离平衡常数 K、离子浓度的关系实例 CH3COOHCH 3COO H H0 NH3H2ONH OH H0 4改变条件平衡移动方向电离平衡常数c(H ) c(OH )平衡移动方向电离平衡常数c(OH ) c(H )加水稀释 向右 不变 减小 增大 向右 不变 减小 增大加 HCl 向左 不变 增大 减小 向右 不变 减小 增大加 Na
5、OH 向右 不变 减小 增大 向左 不变 增大 减小加 CH3COONH4 向左 不变 减小 增大 向左 不变 减小 增大升高温度 向右 变大 增大 向右 变大 增大【例 2】 在 0.1 molL1 CH3COOH 溶液中存在如下电离平衡：CH 3COOHCH 3COO H ，对于该平衡体系下列叙述正确的是( )A.加入水时，平衡逆向移动B.加入少量 NaOH 固体，平衡正向移动C.加入少量 0.1 molL1 盐酸，溶液中 c(H )减小D.加入少量 CH3COONa 固体，平衡正向移动【答案】B二 溶液酸碱性规律与 pH 计算方法1.溶液的酸碱性规律溶液的酸碱性取决于溶液中 c(H )和
6、 c(OH )的相对大小：室温(25 )溶液类别 c(H )与 c(OH )的关系数值 pH中性溶液 c(H ) c(OH )c(H ) c(OH )10 7 molL17酸性溶液 c(H ) c(OH ) c(H )107 molL1 7特别提示 常温下，溶液酸碱性判定规律(1)pH 相同的酸(或碱)，酸(或碱)越弱，其物质的量浓度越大。- 3 -(2)pH 相同的强酸和弱酸溶液，加水稀释相同的倍数时，强酸溶液的 pH 变化大。【例 3】 等浓度的下列稀溶液：乙酸、苯酚、碳酸、乙醇，它们的 pH 由小到大排列正确的是( )A. B.C. D.【答案】D2.pH 的计算方法(1)基本方法思路先
7、判断溶液的酸碱性，再计算其 pH：若溶液为酸性，先求 c(H )，再求 pH。若溶液为碱性，先求 c(OH )，再由 c(H ) 求出 c (H )，最后求 pH。Kwc OH (2)稀释后溶液的 pH 估算强酸 pH a，加水稀释 10n倍，则 pH a n。弱酸 pH a，加水稀释 10n倍，则 ac(OH )强碱弱酸盐 呈碱性，pH7弱酸根阴离子与 H2O 电离出的H 结合，使 c(OH )c(H )水解实质：盐电离出的阴离子、阳离子与 H2O电离出的 H 或 OH 结合生成弱电解质强酸强碱盐 呈中性， pH7，H 2O 的电离平衡不被破坏，不水解若电离程度 水解程度， c(H )c(O
8、H )，呈酸性，如 NaHSO3、NaHC 2O4弱酸的酸式盐若电离程度Ka(HB)，即 HA 的酸性比 HB 强，那么相同浓度时 B 的水解程度比A 大。相同浓度的 NaA、NaB 溶液中： c(A )c(B )， c(HA)HClOB.pH：HClOHCNC.与 NaOH 恰好完全反应时，消耗 NaOH 的物质的量：HClOHCND.酸根离子浓度： c(CN )c(H )c(A )c(OH )。(2)单一的弱酸根阴离子和弱碱阳离子的水解是微弱的，水解生成的粒子的浓度小于盐电离产生的离子的浓度。如弱酸盐 NaA 溶液中 c(Na )c(A )c(OH )c(HA)c(H )。特别提示 多元弱
9、酸要考虑分步电离( Ka1Ka2Ka3)，多元弱酸的正盐要依据分步水解分析离子浓度，如 Na2CO3溶液中， c(Na )c(CO )c(OH )c(HCO )c(H )。23 32.熟知三个守恒(1)电荷守恒规律：电解质溶液中，无论存在多少种离子，溶液都呈电中性，即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数。如 NaHCO3溶液中存在着 Na 、H 、HCO 、CO 3、OH ，必存在如下关系： c(Na ) c(H ) c(HCO ) c(OH )2 c(CO )。23 3 23(2)物料守恒规律(原子守恒)：电解质溶液中，由于某些离子能够水解，离子种类增多，但元素总是守恒的。如 K
10、2S 溶液中 S2 、HS 都能水解，故 S 元素以 S2 、HS 、H 2S 三种形式存在，它们之间有如下守恒关系： c(K )2 c(S2 )2 c(HS )2 c(H2S)。(3)质子守恒规律：质子即 H ，酸碱反应的本质是质子转移，能失去质子的酸失去的质子数和能得到质子的碱得到的质子数相等。如 NaHCO3溶液中，H2CO3 H3O 得 到 质 子 H HCO 3 H2O 失 去 质 子 H CO23 OH所以 c(H2CO3) c(H3O ) c(CO ) c(OH )，23即 c(H2CO3) c(H ) c(CO ) c(OH )。23特别提示 (1)一元酸 HA、一元碱 BOH
11、 的混合溶液中只含有 H 、A 、B 、OH 4 种离子，不可能出现两种阳(阴)离子浓度同时大于两种阴(阳)离子浓度的情况。如 c(B )c(A )c(H )- 7 -c(OH )等肯定错误。(2)将物料守恒式代入电荷守恒式中，即可得出质子守恒式。3.掌握四个步骤溶液中粒子浓度大小比较方法的四个步骤：(1)判断反应产物：判断两种溶液混合时生成了什么物质，是否有物质过量，再确定反应后溶液的组成。(2)写出反应后溶液中存在的平衡：根据溶液的组成，写出溶液中存在的所有平衡(水解平衡、电离平衡)，尤其要注意不要漏写在任何水溶液中均存在的水的电离平衡。这一步的主要目的是分析溶液中存在的各种粒子及比较直接
12、地看出某些粒子浓度间的关系，在具体应用时要注意防止遗漏。(3)列出溶液中存在的等式：根据反应后溶液中存在的溶质的守恒原理，列出两个重要的等式，即电荷守恒式和物料守恒式，据此可列出溶液中阴、阳离子间的数学关系式。(4)比大小：根据溶液中存在的平衡和题给条件，结合平衡的有关知识，分析哪些平衡进行的程度相对大一些，哪些平衡进行的程度相对小一些，再依此比较溶液中各粒子浓度的大小。这一步是溶液中粒子浓度大小比较最重要的一步，关键是要把握好电离平衡和水解平衡两大理论，树立“主次”意识。【例 7】 常温下，将 a L 0.1 molL1 的 NaOH 溶液与 b L 0.1 molL1 的 CH3COOH
13、溶液混合。下列有关混合溶液的说法一定不正确是( )A.ac(Na ) c(H )c(OH )B.ab 时， c(CH3COO )c(Na )c(OH )c(H )C.a b 时， c(CH3COOH) c(H ) c(OH )D.无论 a、 b 有何关系，均有 c(H ) c(Na ) c(CH3COO ) c(OH )【答案】B理解感悟 酸碱混合后，如 CH3COOH 与 NaOH 混合，溶液中会出现四种离子，有H 、OH 、CH 3COO 、Na ，可按以下几种情况考虑溶液的酸碱性和离子浓度的关系：(1)当溶液是单一的盐(CH 3COONa)溶液并呈碱性时的情形：守恒关系： c(CH3CO
14、O ) c(CH3COOH) c(Na )(物料守恒)； c(OH ) c(CH3COOH) c(H )(质子守恒)； c(CH3COO ) c(OH ) c(Na ) c(H )(电荷守恒)。大小关系： c(Na )c(CH3COO )c(OH )c(H )。(2)当溶液呈中性，溶质是 CH3COONa 和 CH3COOH 的混合情形，相当于 CH3COONa 没水解。- 8 -守恒关系： c(CH3COO ) c(Na )(物料守恒)； c(OH ) c(H )(质子守恒)； c(CH3COO ) c(OH ) c(Na ) c(H )(电荷守恒)。大小关系： c(Na ) c(CH3CO
15、O )c(OH ) c(H )。(3)当溶液呈酸性，溶质是 CH3COONa 和 CH3COOH 的混合情形，相当于在 CH3COONa 和 CH3COOH的混合溶液呈中性的基础上又加入了醋酸。大小关系： c(CH3COO )c(Na )c(H )c(OH )。(4)当溶液呈碱性，溶质是 CH3COONa 和 NaOH 的混合情形。大小关系： c(Na )c(CH3COO )c(OH )c(H )或 c(Na )c(CH3COO ) c(OH )c(H )或c(Na )c(OH )c(CH3COO )c(H )。【例 8】 常温下，下列有关各溶液的叙述正确的是( )A.pH7 的溶液中不可能存
16、在醋酸分子B.20 mL 0.1 molL1 的醋酸钠溶液与 10 mL 0.1 molL1 的盐酸混合后溶液显酸性：c(CH3COO )c(Cl )c(H )c(CH3COOH)C.0.1 molL1 醋酸的 pH a,0.01 molL1 的醋酸的 pH b，则 a1 bD.已知酸性 HFCH3COOH，pH 相等的 NaF 与 CH3COOK 溶液中： c(Na ) c(F )Ksp，则溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。若 Qc Ksp，则溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态。若 Qc” 、 “”或“”)。【答案】(1)6.410 5 (2)减小 放热(3)1.33106 molL1
