高中化学电离、水解精品讲义

2020-06-17 09:36

一、弱电解质的电离

1. 电解质:在水溶液中活熔融状态下能导电的化合物。 2. 非电解质:在水溶液中或熔融状态下不能导电的化合物。 3. 电解质、非电解质、强电解质与弱电解质的比较

类别 电解质 强电解质 溶于水后或熔融状态下概念 能完全电离的电解质 离子化合物、某些共价化化合物类型 合物 电离程度 溶液中存在的粒子(水分子不计) 完全电离 只有电离出的阴、阳离子,不存在电解质分子 绝大多数的盐(包括难溶性盐);强酸:HCl、部分电离 既有电离出来的阴、阳离子,又有电解质分子 极少数盐;弱酸:CH3COOH、H2CO3、等;弱碱:非金属氧化物:CO2、SO2、ClO2等;部分非金属氧化物:NH3、CH4、SiH4等;大多数有机物:C2H5OH、C12H22O11(蔗糖)、CCl4等 都是化合物 不电离 只有非电解质分子 的电解质 某些共价化合物 下都不能导电的化合物 某些共价化合物 弱电解质 溶于水后只有部分电离非电解质 在水溶液中和熔融状态HNO3、H2SO4等;强碱:HClO实例 KOH、NaOH、Ba(OH)2等 NH3·H2O、Cu(OH)2、Fe(OH)3等;水也是弱电解质 相同点 思考:一种物质的水溶液能导电,原物质一定是电解质吗?

分析:不一定!关键要分清发生电离散是否要原物质本身。有可能溶于水时就发生了化学变化 如(1)Cl2

(2)CO2

?溶于水??? 碳酸溶液

↓ ↓ 非电解质 H2CO3电离 (3)Na2O

?溶于水??? 氯水 ?溶于水??? NaOH溶液

↓ ↓ 即不是电解质 HCl、HClO 又不是非电解质 发生电离

↓ ↓ 虽不是本身电离子 NaOH电离 但可在熔融态电离,故它属强电解质

注意:

(1)电解质的强弱与溶解性无关,某些盐如BaSO4、CaCO3等,虽难溶于水却是强电解质,因为它们溶于水的部分是完全电离的,尽管很难测出它们的导电性。某些盐如HgCl2、Pb(CH3OO)2等尽管能溶于水,却部分电离,是弱电解质。 (2)电解质的强弱与溶液的导电性没有必然的联系,其导电能力强弱由自由离子的浓度决定,也与离子所带电荷多少有关,很稀的强电解质溶液的导电性很弱,浓度较大的弱电解质溶液导电性可能较强。因此强电解质溶液的导电能力不一定强,弱电解质溶液的导电能力不一定弱。

(3)某些离子型氧化物,如Na2O、CaO、Na2O2等,它们虽然溶于水后的电离出来的自由离子不是自身的,但在熔化时却可自身完全电离,属于强电解质。

(4)强电解质的电离用“=”,弱电解质的电离用“?”表示。

(5)NaHSO4在水溶液中的电离方程式为:NaHSO4=Na++H++SO42-,在熔融时的电离方程式为:NaHSO4=Na++HSO4- 4.电离

(1)概念:电解质在水溶液中或熔融状态下,离解成自由移动的离子的过程,叫电解质的电离。电离不需通电,且一般为吸热过程。 (2)电离方程式及其书写

用化学式和离子符号来表示电解质的电离过程的式子叫电离方程式。书写电离方程式的原则和方法如下:

强电解质:完全电离,符号用“=”。如: HCl=H++Cl-

CH3COONH4=CH3COO-+NH4+ Ba(OH)2=Ba2++2OH-。

所有强酸、强碱和大部分盐是强电解质。CH3COOH?CH3COO-+H+ NH3·H2O?NH4++OH-。

所有的弱酸、弱碱、水和少部分盐是弱电解质。 (3)常见强酸:HCl、HNO3、H2SO4、HBr、HIO3、HClO4等。

常见强碱:KOH、NaOH、Ba(OH)2等。

常见弱酸:CH3COOH、H2CO3、HClO、H2S、H2SO3、HF、HCN、HNO2等。

常见弱碱:NH3·H2O、Cu(OH)2、Fe(OH)3等。 (4)注意问题:

①多元弱酸是分步电离的,必须分步书写电离方程式或只写一步;多元弱碱也分步电离,但可按一步电离写出。如氢硫酸:H2S?H++HS-,HS-?H++ S2-。氢氧化铁:Fe(OH)3?Fe3++OH-。

②强酸的酸式盐完全电离,弱酸的酸式盐中酸式根不完全电离。如NaHSO4:NaHSO4=Na++H++SO42-(水溶液中)。NaHCO3=Na++HCO3-(同时存在HCO3-?H++CO32-)

③在熔融状态时NaHSO4=Na++HSO4-(HSO4-中的共价键不断裂)。

④复盐能完全电离,如KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-

弱电解质:部分电离,符号用“?”。如:

KAl(SO4)2:

⑤两性强氧化物同时存在酸式电离和碱式电离,如:H++AlO2-+H2O?Al(OH)3?Al3++3OH-

二、弱电解质的电离平衡

1.概念

弱电解质的电离平衡是指在一定条件下(湿度、浓度),弱电解质电离成离子的速率和离子结合成分子的速率相等的状态。 2.特点

①逆:可逆反应,所有弱电解质的电离都是可逆的,只是达到平衡的前提条件。 ②等:弱电解质分子的电离速率等于离子结成分子的速率,即v电离=v结合。 ③动:动态平衡:v闻子化)=v分子化)≠0。

④定:平衡时各组成成分一定,即平衡时溶液中离子浓度和分子浓度保持不变。 ⑤变:条件改变,电离平衡被破坏,平衡发生移动,重新达到新的平衡。

3.电离平衡的因素

与化学平衡一样,外界条件的改变也会引起移动。以0.1mol/1 CH3COOH溶液为例:

项目 变化 项目 平衡移动 H+的物质的量(mol) [H+]浓度(mol) PH值 导电能力

三、电解质溶液导电能力的强弱与电解质强弱影响溶液导电能力的因素

①自由移动离子浓度的大小。(主要决定因素)湿度一定,离子浓度越在,导电能力越强。 ②湿度:湿度越高,导电能力越强。(与金属导电相反)

③离子电荷数:电荷数越高,导电能力越强。 由此可知:强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质强。

如:醋酸的导电能力可比极稀HCl溶液强。 CaCO3虽为强电解质,但溶于水所得溶液极稀,导电能力极差。

思考:若在某溶液中加入一种物质,出现沉淀,则溶液的导电能力一定减弱吗?(湿度不变) 分析:不一定。关键要看溶液中离子浓度有无显著变化。如:

(1)若在H2SO4溶液中加Ba(OH)2,因生成BaSO4沉淀和极难电离的水,使溶液中离子浓度降低,导电能力降低。

(2)若在H2SO4溶液中加BaCl2,虽有沉淀BaSO4生成,但同时生成了HCl,相当于1molSO42-被2molCl-替,故导电能力有所增强。

(3)若在HCl溶液中加AgNO3,则导电能力几乎不变。

右移 增大 减小 增大 减弱 右移 增大 增大 减小 增强 右移 减小 减小 增大 增强 加水 升温 加入固体NaOH 加入无水 CH3COONa 左移 减小 减小 增大 增强 通入气体 HCl 左移 增大 增大 减小 增强 加入等浓度的CH3COOH 不移动 增大 不变 不变 不变

三、水的电离平衡

1.实验证明,纯水微弱的导电性,是极弱的电解质:

2.25℃1LH2O的物质的量n(H2O)=1000=55.6(mol)

18共有10-7mol发生电离

H2O H++OH-

起始(mol) 55.6 0 0 电离(mol) 10-7 10-7 10-7 平衡(mol)55.6-10-7 10-7 10-7

Kw与溶液中[H]、[OH]无关,与湿度有关。 水的电离为吸热过程,所以当湿度升高时,水的电离程度增大,Kw也增大。

例如100℃,1LH2O有10-6mol电离,此时水的离子积常数为Kw=10-6·10-6=10-12. 3.影响水的电离平衡因素

(1)湿度,升湿度促进水的电离,降温则相反 (2)向纯水中引入H或OH,会抑制水的电离 (3)向纯水中引入弱酸酸根阴离子或弱碱阳离子,将促进水的电离,此乃为盐类水解的实质。

+

+

25℃[H+]·[OH-]= 10-7=10-14=Kw的离子积常数。 2.影响Kw的因素

酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。(列表比较如下:)

纯水 酸溶液 [H]水与[OH]水关系 +-x的计算式 x=Kw x=Kw [H?]x=Kw [OH?]x=[H] x=[OH] x=Kw —室温x值 x=1×10mol/L -7对水电离影响 对水电离影响 x<1×10mol/L 抑制 -7-7碱溶液 正 盐 溶 液 [H]水=[OH]水 强酸弱碱盐 强碱弱酸盐 强碱强酸盐 +-+x>1×10mol/L -7促进 x=1×10mol/L 无 注[H+]水、[OH—]水指水电离出的H+、OH—浓度。[H+]水、[OH—]指指溶液中的H+、OH-浓度 由上表可得重要规律:

(1)在任意湿度、任意物质的水溶液中(含纯水)的水本身电离出的[H+]水≡[OH-]水 (2)酸和碱对水的电离均起抑制作用

①只要碱的pH值相等(不论强弱、不论几元)对水的抑制程度相等,碱也同理。 ②若酸溶液的pH值与碱溶液的pOH值相等,则两种溶液中水的电离度相等。 如pH=3的盐酸溶液与pH=11的氨水溶液在室温下,由水电离出的[H+]水=[OH-]水=10?1410?3=10-11mol/L

(3)在凡能水解的盐溶液中,水的电离均受到促进,且当强酸弱的碱盐的pH和强碱弱酸盐的pOH值相等时(同一湿度),则促进程度相等。 (4)较浓溶液中水电离出[H+]的大小:

①酸溶液中[OH-]等于水电离的[H+] ②碱溶液中[H+]等于水电离的[H+]

③强酸弱碱盐溶液中的[H]等于水电离出[H+] ④强碱弱酸盐溶液中的[OH]等于水电离出的[H+]

+

如pH=4的NH4Cl溶液与pH=10的NaAc溶液中,(室温)由水电离出的[H+]水=[OH—]水=10

?1410?10=10-4mol/L

四、盐类的水解

1.盐类水解的实质及规律 (1)盐类水解的定义

盐电离出来的一种或多种离子跟水电离出来的H+或OH-生成弱电解质的反应叫盐类的水解。如:NH4Cl水解:NH4Cl+H2O? NH3·H2O +HCl 又如CH3COONaCH3COOH +OH- (2)盐类水解的实质

盐电离出来的离子与水电离出的H+或OH-结合生成弱电解质,从而破坏了水的电离,使溶液显示出不同程度的酸性、碱性或中性,从而促进了水的电离。

水解:CH3COO-+H2O?

(3)盐类水解的条件 ①盐必须溶于水中。

②盐中须有弱酸根阴离子或弱碱阳离子(有弱才水解,强酸强碱盐不水解)。 (4)盐类水解的特征

①从形式上看,盐类的水解可看做酸碱中和反应的逆反应:盐+水? 酸+碱

②水解反应为吸热反应。(?H>0)

③强酸弱碱盐和强碱弱酸盐的水解反应程度一般较小,因此水解方程式中的生成物一般不写“↓”和“↑”,不写成分解产物的形式,如H2CO3不写为CO2和H2O。 (5)盐类水解的规律

规律:有弱才水解,无弱不水解,谁弱谁水解,都弱双水解,越弱越水解,谁强显谁性,同强显中性。

①?? 组成盐的弱碱阳离子(M+)能水解显酸性,组

成盐的弱酸阴离子(A-)能水解显碱性。 M++H2O? MOH +H+ A-+H2O? HA +OH-

②盐对应的酸(或碱)越弱,水解程度越大,溶液碱性(或酸性)越强。

③多元弱酸根,正酸根离子比酸式酸根离子水解程度大得多,如CO32-比HCO3-的水解程度大,溶液的碱性更强。

④双水解,双水解反应的离子方程式的书写遵循“有氢无水,无氢有水”的规律,如:

Al3++ 3HCO3-? Al(OH)3↓ +3CO2↑

HCO3-中有氢,虽水解过程中有水参加反应,但水解后又有水生成,且量相等,故离子方程式中无水的分子式。

2Al3++S2-+ 6H2O? Al(OH)3↓ +3H2S↑ Al3+、S2-无氢,故方程式中出现水的化学式。 NH4+同SiO32-、AlO2-要考虑双水解;Al3+同S2-、SiO32-、CO32-、HCO3-、ClO-、AlO2-等要考虑双水解;

Fe3+同SiO32-、CO32-、HCO3-、ClO-、AlO2-等要考虑双水解。

2.盐类水解离子方程式的书写

(1)左边写水解的离子符号和水的化学式,右边写生成的弱电解质的化学式和相应生成的H+(或OH-)。 (2)由于水解较弱,除完全双水解以外,一般都不可能进行完全,所以中间用“?”连接,但完全双

水解中间用“=”连接。

(3)除完全双水解外,在生成物中一般不标气体符号“↑”和沉淀符号“↓”,但完全双水解要标。 (4)多元弱酸根的正酸根离子的水解是分步进行的,其水解离子方程式要分步写,不能一步完成,其水解程度正酸根离子要远大于酸式酸根离子。 现就盐类水解的离子方程式的书写方法与步骤举例说明如下:

NH4Cl:NH4Cl+H2O? NH3·H2O +HCl

NaCO3:CO32-+H2O? HCO3-+OH-,HCO3-+H2O? H2CO3+OH-

Al2(SO4)3:Al3++ 3H2O? Al(OH)3 +3H+ NaAlO2:AlO2-+H2O? Al(OH)3 +OH- NH4HS:NH4++HS-+H2O? NH3+H2S 双水解:

Al3+与CO32-:2 Al3++ 3CO32-+3H2O== Al(OH)3↓+

CO2↑

Al3+与AlO2-:Al3++AlO2-+6H2O== 4Al(OH)3↓

3.影响盐类水解平衡的因素 (1)内因

主要因素是盐本身的性质,组成盐的酸根对应的酸越弱或阳离子对应的碱越弱,水解程度就越大(越弱越水解)。 (2)外因

①温度:水解过程是吸热过程,故升温使水解程度增大,反之则减小。

②浓度:盐溶液越稀,水解程度越大,反之越小。外加酸、碱等物质抑制或促进盐的水解。 盐的浓度越大,水解程度越小,但水解产生的H+浓度或OH-浓度越大,该盐溶液的酸性(或碱性)比该盐的稀溶液酸性(或碱性)强。 ③外加酸碱液对盐水解反应的影响:

向盐溶液中加入H+,可抑制阳离子水解,促进阴离子水解;向盐溶液中加入OH-,能抑制阴离子水解,促进阳离子水解。

4.盐类水解的应用

(1)判断盐溶液的酸碱性(或pH范围)。例如,AlCl3溶液的pH<7, 显酸性。

(2)判断酸碱完全中和(恰好反应)时溶液的酸碱性。例如,等体积、等物质的量浓度的氨水跟盐酸混合后,因为完全反应生成了强酸弱碱盐NH4Cl,故pH<7, 显酸性。

(3)比较盐溶液中离子浓度的大小或离子数目的多少。例如,在碳酸钠晶体中,n(Na+)=2n(CO32-),但在Na2CO3溶液中,由于CO32-的水解c(Na+)>c(CO32-)。

(4)配制盐溶液。配制强酸弱碱盐(如含Fe3+、Al3+、Cu2+、Sn2+、Fe2+的盐)溶液时,加入少量对应酸以防止水解。

配制弱酸强碱盐时,加入少量对应的碱以防止水解。例如,配制Na2S溶液时,需加入少量的NaOH固体,以抑制S2-的水解。

(5)利用盐水解的原理,使某些弱碱阳离子水解生成氢氧化物沉淀而将其除去。例如,固体KNO3中含有Fe( NO3)3时,先将其溶于蒸馏水中,再加热,使Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀后过滤除去。又如,在酸性MgCl2溶液中混有FeCl3,要除去Fe3+,可利用Fe3+比Mg2+水解程度大得多的原理,向溶液中


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