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一、弱电解质的概念
1. 定义
在水溶液中不能完全电离的电解质为弱电解质。比如:CH3COOH、NH3·H2O等弱酸、弱碱。这类化合物有一个共同的特点:一般为具有极性键的共价化合物。
2. 弱电解质的判断方法
(1)弱酸与弱碱或者少量的盐。
(2)在相同浓度、相同温度时,与强电解质做导电实验。
(3)在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的大小,如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸中,前者大。
(4)测定对应盐的酸碱性,如CH3COONa溶液呈碱性,则证明CH3COOH是弱酸。
(5)稀释前后的pH与稀释倍数的变化关系,如将pH=2的酸稀释1000倍,若pH小于5,则证明为弱酸。
二、弱电解质的电离
1. 弱电解质电离平衡的建立
弱电解质溶于水时,在水分子的作用下,弱电解质分子电离出离子,而离子又可以重新结合成分子。因此,弱电解质电离过程是可逆的。这个可逆的电离过程也与可逆的化学反应一样,它的相反的两种趋向,最终也将达到平衡,出现分子电离成离子的速率与离子结合成分子的速率相等。只要温度一定、浓度一定,各种微粒的浓度就不发生变化。电离平衡的建立如图。
[时间][反应速率][两种速率相等
处于电离平衡状态][弱电解质分子电离成离子的速率][离子结合成弱电解质分子的速率]
2. 弱电解质的电离特点
在弱电解质电离的过程中,平衡是一个动态平衡。电离平衡的最显著的特点是:(1)分子、离子都是共存的,这完全不同于强电解质溶液。(2)弱电解质在溶液中的电离都是微弱的,一般说来已电离的分子是少量的,绝大多数以分子的形式存在。如0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中,c(H+)在10-3 mol·L-1左右。(3)多元弱酸分步电离,每一步电离均有电离常数,各步的电离程度也不相同,其中第一级电离程度最大:K1>K2>K3>…>Ki。
例1 书写H2S的电离方程式。
答案 H2S⇌H++HS- HS-⇌H++S2-
点拨 (1)①多元弱碱电离与多元弱酸电离情况相似,但一般多元弱碱电离只用一步即可完成,比如Fe(OH)3的书写Fe(OH)3⇌Fe3++3OH-;②多元弱酸电离以第一级为主,只写第一级电离也可。
(2)H2S溶液中微粒:H2S、HS-、H+、S2-、OH-、H2O等。其中要注意水的电离H2O⇌H++OH-。
(3)溶液中离子浓度的关系:
电荷数守恒:c(H+)=c(OH-)+2c(S2-)+c(HS-)
离子浓度的大小:c(H+)>c(HS-)>c(S2-)
三、影响电离平衡的条件
1. 温度:由于电离吸热,温度改变,会使电离平衡发生移动,升温促进电离。
2. 浓度:电解质溶液的浓度越小,它的电离程度就越大。
3. 其它因素:例如向CH3COOH溶液中加入CH3COONa会抑制CH3COOH的电离。
例2 以0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中的平衡移动为例,讨论:
解析 醋酸溶液中存在电离平衡:CH3COOH⇌CH3COO-+H+。(1)向其中加入硫酸,就是加入H+,醋酸的电离平衡逆向移动(同样符合勒沙特列原理)。由于c(H+)增加,并且增加了c(SO42-),总的离子浓度增加,导电能力增强。(2)加CH3COONa(s)就是增加c(CH3COO-),醋酸的电离平衡逆向移动。(3)加NaOH(s),OH-与H+发生反应,醋酸的电离平衡正向移动,溶液中就有了强电解质CH3COONa,导电能力增强。(4)加水稀释,醋酸的电离平衡正向移动,溶液中离子的数目增加,由于溶液的体积增大,还是导致了离子浓度的减少,离子的有效碰撞次数减少。(5)滴入纯醋酸,就是加大醋酸的浓度,醋酸的电离程度减小,导致c(H+)增大。(6)加热升温,醋酸的电离平衡正反应是吸热的,平衡正向移动,离子的浓度增大。(7)加醋酸铵晶体,就是增大c(CH3COO-),所以平衡逆向移动。
答案 增强 逆向 增强 减弱 增大 增大 逆向
例3 一定温度下,冰醋酸加水稀释过程中溶液的导电能力如图所示,请回答:
[加水量][O][a][b][c][导电能力]
(1)“O”点为什么不导电 ;
(2)a、b、c三点的pH由小到大的顺序是 ;
(3)a、b、c三点的醋酸的电离程度最大的一点是 ;
(4)若使c点溶液中的c(CH3COO-)提高,可以采取下列措施中的 (填标号)。
A. 加热 B. 加很稀的NaOH溶液
C. 加NaOH固体 D. 加水
E. 加固体CH3COONa F. 加入Zn粒
解析 (1)冰醋酸中无自由移动的离子,全部是分子,所以不导电。(2)b点的离子浓度最大,c点电离程度最大,故pH由小到大的顺序为b 【练习】
1. pH相等的盐酸(甲)和醋酸(乙),分别与锌反应,若最后锌已全部溶解且放出气体一样多,为此下列说法正确的是( )
A.反应开始时的速率:甲>乙
B.反应所需时间:甲<乙
C.反应开始时,酸的物质的量浓度:甲<乙
D.反应结束时,pH:甲<乙
2.在一定条件下,CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOH⇌CH3COO-+H+ ΔH>0。
(1)下列方法中可以使0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中CH3COOH电离程度增大的有 。
a. 加入少量的0.1 mol·L-1 的稀盐酸
b. 加热CH3COOH溶液
c. 加水稀释至0.01 mol·L-1
d. 加入少量NaCl固体
(2)25℃时该电离平衡常数为1.75×10-5。现有①0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液;②0.001 mol·L-1 CH3COOH溶液,其c(H+)之比为①∶②= (忽略水电离出的c(H+)、c(OH-),下同)。
(3)25℃时,向0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中加入一定量固体CH3COONa(假设溶液的体积不变),若溶液中c(CH3COO-)为1.0 mol·L-1,则溶液中c(H+)= mol·L-1,溶液中各种离子浓度关系是 。
【参考答案】
1. C 2.(1)bc (2)[110] (3)1.75×10-5 mol·L-1 c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
1. 定义
在水溶液中不能完全电离的电解质为弱电解质。比如:CH3COOH、NH3·H2O等弱酸、弱碱。这类化合物有一个共同的特点:一般为具有极性键的共价化合物。
2. 弱电解质的判断方法
(1)弱酸与弱碱或者少量的盐。
(2)在相同浓度、相同温度时,与强电解质做导电实验。
(3)在相同浓度、相同温度下,比较反应速率的大小,如将锌粒投入等浓度的盐酸和醋酸中,前者大。
(4)测定对应盐的酸碱性,如CH3COONa溶液呈碱性,则证明CH3COOH是弱酸。
(5)稀释前后的pH与稀释倍数的变化关系,如将pH=2的酸稀释1000倍,若pH小于5,则证明为弱酸。
二、弱电解质的电离
1. 弱电解质电离平衡的建立
弱电解质溶于水时,在水分子的作用下,弱电解质分子电离出离子,而离子又可以重新结合成分子。因此,弱电解质电离过程是可逆的。这个可逆的电离过程也与可逆的化学反应一样,它的相反的两种趋向,最终也将达到平衡,出现分子电离成离子的速率与离子结合成分子的速率相等。只要温度一定、浓度一定,各种微粒的浓度就不发生变化。电离平衡的建立如图。
[时间][反应速率][两种速率相等
处于电离平衡状态][弱电解质分子电离成离子的速率][离子结合成弱电解质分子的速率]
2. 弱电解质的电离特点
在弱电解质电离的过程中,平衡是一个动态平衡。电离平衡的最显著的特点是:(1)分子、离子都是共存的,这完全不同于强电解质溶液。(2)弱电解质在溶液中的电离都是微弱的,一般说来已电离的分子是少量的,绝大多数以分子的形式存在。如0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中,c(H+)在10-3 mol·L-1左右。(3)多元弱酸分步电离,每一步电离均有电离常数,各步的电离程度也不相同,其中第一级电离程度最大:K1>K2>K3>…>Ki。
例1 书写H2S的电离方程式。
答案 H2S⇌H++HS- HS-⇌H++S2-
点拨 (1)①多元弱碱电离与多元弱酸电离情况相似,但一般多元弱碱电离只用一步即可完成,比如Fe(OH)3的书写Fe(OH)3⇌Fe3++3OH-;②多元弱酸电离以第一级为主,只写第一级电离也可。
(2)H2S溶液中微粒:H2S、HS-、H+、S2-、OH-、H2O等。其中要注意水的电离H2O⇌H++OH-。
(3)溶液中离子浓度的关系:
电荷数守恒:c(H+)=c(OH-)+2c(S2-)+c(HS-)
离子浓度的大小:c(H+)>c(HS-)>c(S2-)
三、影响电离平衡的条件
1. 温度:由于电离吸热,温度改变,会使电离平衡发生移动,升温促进电离。
2. 浓度:电解质溶液的浓度越小,它的电离程度就越大。
3. 其它因素:例如向CH3COOH溶液中加入CH3COONa会抑制CH3COOH的电离。
例2 以0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中的平衡移动为例,讨论:
解析 醋酸溶液中存在电离平衡:CH3COOH⇌CH3COO-+H+。(1)向其中加入硫酸,就是加入H+,醋酸的电离平衡逆向移动(同样符合勒沙特列原理)。由于c(H+)增加,并且增加了c(SO42-),总的离子浓度增加,导电能力增强。(2)加CH3COONa(s)就是增加c(CH3COO-),醋酸的电离平衡逆向移动。(3)加NaOH(s),OH-与H+发生反应,醋酸的电离平衡正向移动,溶液中就有了强电解质CH3COONa,导电能力增强。(4)加水稀释,醋酸的电离平衡正向移动,溶液中离子的数目增加,由于溶液的体积增大,还是导致了离子浓度的减少,离子的有效碰撞次数减少。(5)滴入纯醋酸,就是加大醋酸的浓度,醋酸的电离程度减小,导致c(H+)增大。(6)加热升温,醋酸的电离平衡正反应是吸热的,平衡正向移动,离子的浓度增大。(7)加醋酸铵晶体,就是增大c(CH3COO-),所以平衡逆向移动。
答案 增强 逆向 增强 减弱 增大 增大 逆向
例3 一定温度下,冰醋酸加水稀释过程中溶液的导电能力如图所示,请回答:
[加水量][O][a][b][c][导电能力]
(1)“O”点为什么不导电 ;
(2)a、b、c三点的pH由小到大的顺序是 ;
(3)a、b、c三点的醋酸的电离程度最大的一点是 ;
(4)若使c点溶液中的c(CH3COO-)提高,可以采取下列措施中的 (填标号)。
A. 加热 B. 加很稀的NaOH溶液
C. 加NaOH固体 D. 加水
E. 加固体CH3COONa F. 加入Zn粒
解析 (1)冰醋酸中无自由移动的离子,全部是分子,所以不导电。(2)b点的离子浓度最大,c点电离程度最大,故pH由小到大的顺序为b 【练习】
1. pH相等的盐酸(甲)和醋酸(乙),分别与锌反应,若最后锌已全部溶解且放出气体一样多,为此下列说法正确的是( )
A.反应开始时的速率:甲>乙
B.反应所需时间:甲<乙
C.反应开始时,酸的物质的量浓度:甲<乙
D.反应结束时,pH:甲<乙
2.在一定条件下,CH3COOH溶液中存在电离平衡:CH3COOH⇌CH3COO-+H+ ΔH>0。
(1)下列方法中可以使0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中CH3COOH电离程度增大的有 。
a. 加入少量的0.1 mol·L-1 的稀盐酸
b. 加热CH3COOH溶液
c. 加水稀释至0.01 mol·L-1
d. 加入少量NaCl固体
(2)25℃时该电离平衡常数为1.75×10-5。现有①0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液;②0.001 mol·L-1 CH3COOH溶液,其c(H+)之比为①∶②= (忽略水电离出的c(H+)、c(OH-),下同)。
(3)25℃时,向0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液中加入一定量固体CH3COONa(假设溶液的体积不变),若溶液中c(CH3COO-)为1.0 mol·L-1,则溶液中c(H+)= mol·L-1,溶液中各种离子浓度关系是 。
【参考答案】
1. C 2.(1)bc (2)[110] (3)1.75×10-5 mol·L-1 c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)