资源简介

专题3 化学反应原理
第四单元 溶液中的离子平衡
第6讲 离子平衡的综合应用
一、课程标准要求
1．了解水溶液中的离子反应与平衡在物质检测、化学反应规律研究、物质转化中的应用。
2．能选择实例说明溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用。
3．能综合运用离子反应、化学平衡原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
二、在高中化学教材体系中的地位
从课程模块层面看，离子平衡的综合应用位于选择性必修课程内容，通过对电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等存在的证明及平衡移动的分析，形成并发展学生的微粒观、平衡观和守恒观；关注水溶液体系的特点，结合实验现象、数据等证据素材，引导学生形成认识水溶液中离子反应与平衡的基本思路。促进学生认识水溶液中的离子反应与平衡对生产、生活和社会发展的作用。
三、思维导图
四、课时安排建议
第1课时 离子平衡的综合应用(1课时)
第2课时 无机化工流程的解题策略(1课时)
第1课时 离子平衡的综合应用(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：一强一弱比较的图像分析策略。
[例题1]室温下，用相同浓度的NaOH溶液，分别滴定浓度均为0.1lmol L﹣1的三种酸HA、HB和HD溶液，pH随NaOH溶液体积变化如图．下列说法不正确的是(　　)
A．HA、HB和HD均为弱酸
B．P点时，c(B﹣)＞c(Na+)＞c(HB)＞c(H+)＞c(OH﹣)
C．pH=7时，三种溶液中：c(A﹣)=c(B﹣)=c(D﹣)
D．三种酸溶液分别被NaOH溶液恰好完全中和后互混：
c(HA)+c(HB)+c(HD)═c(OH﹣)﹣c(H+)
[解析]：常温下，0.1mol/L的一元酸如果pH=1，说明该酸完全电离，为强酸，如果pH＞1，说明该酸部分电离，为弱酸，根据图知，未加入碱溶液时这三种酸的pH都大于1，说明都部分电离，都是弱酸，故A正确；根据图知，当加入100mLNaOH溶液时，酸碱恰好完全反应，则加入50mLNaOH溶液时，有一半的酸参加反应，则P点溶液中溶质为等物质的量浓度的c(HB)和c(NaB)，混合溶液呈酸性，说明HB电离程度大于NaB水解程度导致溶液中c(H+)＞c(OH﹣)，根据电荷守恒知，c(B﹣)＞c(Na+)，弱酸部分电离，所以粒子浓度大小顺序是c(B﹣)＞c(Na+)＞c(HB)＞c(H+)＞c(OH﹣)，故B正确；常温下pH=7时溶液呈中性，则c(H+)=c(OH﹣)，根据电荷守恒得c(Na+)分别等于各酸根离子浓度，但各中性溶液中酸的酸性越强，消耗的碱体积越大，酸性强弱顺序是HA＞HB＞HD，所以各酸达到中性时需要碱体积HA＞HB＞HD，所以酸根离子浓度大小顺序是c(A﹣)＞c(B﹣)＞c(D﹣)，故C错误；任何电解质溶液中都存在质子守恒，各酸溶液中质子守恒为c(HA)+c(H+)=c(OH-)、c(HB)+c(H+)=c(OH﹣)、c(HC)+c(H+)=c(OH-)，则三种溶液混合后得c(HA)+c(HB)+c(HD)═c(OH﹣)﹣c(H+)，故D正确；
[答案]：C．
[归纳总结]
图像法理解一强一弱的稀释规律
1．相同体积、相同浓度的盐酸、醋酸
(1)加水稀释相同的倍数，醋酸的pH大。
(2)加水稀释到相同的pH，盐酸加入的水多。
(3)中和碱的能力相等(看酸的总物质的量)
(4)将溶液调成中性，盐酸加入的氢氧化钠多(酸的物质的量相等时，看电离度大小)
2．相同体积、相同pH值的盐酸、醋酸
(1)加水稀释相同的倍数，盐酸的pH大。
(2)加水稀释到相同的pH，醋酸加入的水多。
(3)中和碱的能力，醋酸大(看酸的总物质的量)
(4)将溶液调成中性，醋酸加入的氢氧化钠多(醋酸物质的量大)
问题2：沉淀的溶解平衡是动态平衡吗？
[例题2]常温下，将11.65g BaSO4粉末置于盛有250mL蒸馏水的烧杯中，然后向烧杯中加入Na2CO3固体(忽视溶液体积的变化)并充分搅拌，加入Na2CO3固体的过程中，溶液中几种离子的浓度变化曲线如图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．相同温度时，Ksp(BaSO4)＞Ksp(BaCO3)
B．BaSO4在水中的溶解度、Ksp均比在BaCl2溶液中的大
C．若使BaSO4全部转化为BaCO3，至少要加入1.25molNa2CO3
D．BaSO4恰好全部转化为BaCO3时，溶液中离子浓度大小为：
c(CO32﹣)＞c(SO42﹣)＞c(OH﹣)＞c(Ba2+)
[简析]：A．BaSO4比BaCO3更难溶，二者是同类型物质，可以直接根据溶解性情况比较Ksp大小，因此相同温度时，Ksp(BaSO4)＜Ksp(BaCO3)，故A错误；B．BaSO4在BaCl2溶液中由于Ba2+的存在，使沉淀溶解平衡向生成沉淀方向移动，因此在BaCl2溶液中的溶解度不大，Ksp只随温度的改变而改变，无论在水中还是BaCl2溶液中，Ksp值是不变的，故B错误；C.11.65g BaSO4粉末，其物质的量为0.05mol，使0.05molBaSO4转化为BaCO3，发生的反应为BaSO4+CO32﹣ BaCO3+SO42﹣，根据图象，Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)c(SO42﹣)=1.0×10﹣5×1.0×10﹣5=1.0×10﹣10，Ksp(BaCO3)=c(Ba2+)c(CO32﹣)=1.0×10﹣5×2.5×10﹣4=2.5×10﹣9，反应的平衡常数为K=====0.04，若使0.05molBaSO4全部转化为BaCO3，则反应生成0.05molSO42﹣，反应的离子积为Qc==═K=0.04，则平衡时n(CO32﹣)=1.25mol，则至少需要Na2CO3的物质的量为1.25mol+0.05mol=1.3mol，故C错误；D．BaSO4恰好全部转化为BaCO3时，溶液中存在大量的SO42﹣，平衡时CO32﹣的浓度大于SO42﹣，CO32﹣水解促进OH﹣的形成，因此溶液中浓度最小的是Ba2+，因此离子浓度大小关系为：c(CO32﹣)＞c(SO42﹣)＞c(OH﹣)＞c(Ba2+)，故D正确。
[答案] ：D
[归纳总结]
①难溶电解质的溶解平衡也是动态平衡，通过改变外界条件可以使平衡发生移动——溶液中的离子转化为沉淀、沉淀转化为溶液中的离子或一种沉淀向另一种沉淀转化。
②用沉淀法除杂不可能将杂质离子全部通过沉淀除去。一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10－5 mol·L－1时，沉淀已经完全。
③并非Ksp越小，其物质的溶解性就越小。
[练习1]常温下，在20mL0.1mol/L HR 溶液中滴加0.1000mol/LNaOH溶液，混合溶液的PH与所加NaOH溶液体积的关系如图所示．下列推断正确的是(　　)
A．①、②、③三点中，③对应的溶液中c水(H+) c水(OH﹣)最大
B．HR溶液中只存在H+、R﹣、OH﹣、H2O四种微粒
C．②点溶液中一定存在c(Na+)＞c(R﹣)＞c(H+)=c(OH﹣)
D．NaR的水解常数Ka和水解程度：③＞②＞①
(练习1出处：高三调研试题。本题考查酸碱混合溶液定性判断，为高考常见题型，题目难度中等，试题侧重于学生的分析能力的考查。)
[解析]：A．在①、②、③点对应的溶液中，①溶液在酸过量、②中是H2R和NaHR的溶液，③为NaHR溶液对水的电离起到促进作用，所以水电离的c(H+) c(OH﹣)最大的是③，故A正确；B．依据0.1mol/L HR 溶液pH大于1可知HR为弱酸，弱酸为弱电解质，所以HR溶液中除了存在H+、R﹣、OH﹣、H2O四种微粒，还存在HR，故B错误；C．②点溶液为中性溶液，溶液中含有Na+、H+、R﹣、OH﹣，依据电荷守恒可知：一定存在c(Na+)=c(R﹣)＞c(H+)=c(OH﹣)，故C错误；D．水解常数只与温度有关，相同温度下水解常数为定值，①②③水解常数相同，故D错误；
[答案]：A．
活动二：重难点突破
问题3：综合运用离子反应、化学平衡原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
典例简析
[典型题例1] 草酸即乙二酸，是一种有机二元酸，在工业上有重要的作用。草酸在100 ℃开始升华，157 ℃时大量升华，并开始分解。
电离方程式 电离常数
H2C2O4H＋＋HC2O K1＝5.4×10－2
HC2OH＋＋C2O K2＝5.4×10－5
NH3·H2ONH＋OH－ K＝1.8×10－5
(1)(NH4)2C2O4溶液的pH________7(填“＞”“＜”或“＝”)。
(2)用惰性电极电解饱和草酸溶液可制得乙醛酸(OHC—COOH)。阴极的电极反应式为_________________________________________________________________________。
(3)草酸钠是一种重要的还原剂。合成草酸钠的操作如下：
草酸 草酸钠晶体
①75%酒精的作用是_____________________________________________________。
②当草酸与碳酸钠的物质的量按2∶1充分混合后，溶液中pH＜7。请将该溶液中离子浓度按由大到小的顺序排列：________________________________________________。
(4)已知某温度下CaC2O4的Ksp为2.5×10－9。将0.02 mol·L－1澄清石灰水和0.01 mol·L－1 H2C2O4溶液等体积混合，所得溶液中C2O的物质的量浓度为__________。
(典型题例1出处：高三调研试题。推荐理由乙二酸是一种有机二元酸，在工业上有重要的作用，本题综合运用离子反应、化学平衡原理、电解原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。)
[解析]：(1)由题给表格可知，H2C2O4、HC2O、NH3·H2O的电离常数大小为H2C2O4＞HC2O＞NH3·H2O，故草酸铵溶液显酸性。(2)阴极得电子发生还原反应：2H＋＋HOOC—COOH＋2e－===HOOC—CHO＋H2O。(3)①加入酒精是为了降低草酸钠的溶解度，便于晶体析出。②二者反应后溶质为草酸氢钠，因为溶液显酸性，所以HC2O的电离程度大于其水解程度，则离子浓度大小顺序为c(Na＋)＞c(HC2O)＞c(H＋)＞c(C2O)＞c(OH－)。
(4)混合后所得溶液中c(Ca2＋)＝0.005 mol·L－1，Ksp(CaC2O4)＝c(Ca2＋)·c(C2O)＝2.5×10－9，则c(C2O)＝ mol·L－1＝5×10－7 mol·L－1。
[答案] (1)＜
(2)2H＋＋HOOC—COOH＋2e－===HOOC—CHO＋H2O
(3)①降低草酸钠的溶解度，便于晶体析出　
②c(Na＋)＞c(HC2O)＞c(H＋)＞c(C2O)＞c(OH－)
(4)5×10－7 mol·L－1
[小结]
离子平衡的综合应用类型有：
1．强/弱酸/碱的电离、水的电离、盐的水解、弱酸的酸式盐的电离和水解概念的理解
2．水溶液中各离子的浓度、物质的量、电离/水解程度、及常数的有关计算
3．弱电解质的电离、盐的水解、水的电离之间的相互促进或制约关系及定量分析
4．沉淀的溶解平衡在生产生活中的应用。
[练习2] ：CO2溶于水生成碳酸。已知下列数据：
弱电解质 H2CO3 NH3·H2O
电离常数(25 ℃) K1＝4.30×10－7K2＝5.61×10－11 K＝1.77×10－5
现有常温下1 mol·L－1的(NH4)2CO3溶液。已知NH的水解平衡常数Kh＝，CO第一步水解的平衡常数Kh＝。下列说法正确的是(　　)
A．由数据可判断该溶液呈酸性
B．c(NH)＞c(HCO)＞c(CO)＞c(NH3·H2O)
C．c(NH)＋c(NH3·H2O)＝2c(CO)＋2c(HCO)＋2c(H2CO3)
D．c(NH)＋c(H＋)＝c(HCO)＋c(OH－)＋c(CO)
[典型题例2] 常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．K2(H2X)的数量级为10－6
B．曲线N表示pH与lg的变化关系
C．NaHX溶液中c(H＋)＞c(OH－)
D．当混合溶液呈中性时，c(Na＋)＞c(HX－)＞c(X2－)＞c(OH－)＝c(H＋)
(出处：2017年高考全国卷乙试题。该题综合性强，强化二元弱酸的电离特点。其离子浓度大小比较题是高考热点中的热点，这种题型考查的知识点多，灵活性、综合性较强，有较好的区分度，它能有效地测试出学生对强弱电解质电离平衡、水的电离、离子反应、盐类水解、化学平衡理论电离平衡、水解平衡，电离与水解的竞争反应等知识的综合运用能力。)
[简析]：横坐标取0时，曲线M对应pH约为5.4，曲线N对应pH约为4.4，因为是NaOH滴定H2X溶液，所以在酸性较强的溶液中会存在c(HX－)＝c(H2X)，所以曲线N表示pH与lg的变化关系，B正确；＝1时，即lg＝0，pH＝5.4，c(H＋)＝1×10－5.4mol·L－1，Ka2＝≈1×10－5.4＝100.6×10－6，A正确；NaHX溶液中，c(HX－)>c(X2－)，即<1，lg <0，此时溶液呈酸性，C正确；当溶液呈中性时，由曲线M可知lg>0，>1，即c(X2－)>c(HX－)，D错误。
[答案]：D
活动三：巩固提升
1．常温下，在20mL0.1mol/L HR 溶液中滴加0.1000mol/LNaOH溶液，混合溶液的PH与所加NaOH溶液体积的关系如图所示．下列推断正确的是(　　)
A．①、②、③三点中，③对应的溶液中c水(H+) c水(OH﹣)最大
B．HR溶液中只存在H+、R﹣、OH﹣、H2O四种微粒
C．②点溶液中一定存在c(Na+)＞c(R﹣)＞c(H+)=c(OH﹣)
D．NaR的水解常数Ka和水解程度：③＞②＞①
2． 25℃时，下列有关溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是(　　)
A．0.1 mol L﹣1 CH3COONa溶液与0.1 mol L﹣1HCl溶液等体积混合：
c(Na+)=c(Cl﹣)＞c(CH3COO﹣)＞c(OH﹣)
B．0.1 mol L﹣1 NH4Cl溶液与0.1 mol L﹣1氨水等体积混合(pH＞7)：
c(NH3 H2O)＞c(NH4+)＞c(Cl﹣)＞c(OH﹣)
C．0.1 mol L﹣1Na2CO3溶液与0.1 mol L﹣1NaHCO3溶液等体积混合：
c(Na+)=c(CO32﹣)+c(HCO3﹣)+c(H2CO3)
D．0.1 mol L﹣1Na2C2O4溶液与0.1 mol L﹣1HCl溶液等体积混合(H2C2O4为二元弱酸)：
2c(C2O42﹣)+c(HC2O4﹣)+c(OH﹣)=c(Na+)+c(H+)
[参考答案]
1．A
解析：A．在①、②、③点对应的溶液中，①溶液在酸过量、②中是H2R和NaHR的溶液，③为NaHR溶液对水的电离起到促进作用，所以水电离的c(H+) c(OH﹣)最大的是③，故A正确；B．依据0.1mol/L HR 溶液pH大于1可知HR为弱酸，弱酸为弱电解质，所以HR溶液中除了存在H+、R﹣、OH﹣、H2O四种微粒，还存在HR，故B错误；C．②点溶液为中性溶液，溶液中含有Na+、H+、R﹣、OH﹣，依据电荷守恒可知：一定存在c(Na+)=c(R﹣)＞c(H+)=c(OH﹣)，故C错误；D．水解常数只与温度有关，相同温度下水解常数为定值，①②③水解常数相同，故D错误。
2．A
解析：A．0.1 mol L﹣1 CH3COONa溶液与0.1 mol L﹣1HCl溶液等体积混合，溶质为醋酸和氯化钠，醋酸为弱酸部分电离c(Na+)=c(Cl﹣)＞c(CH3COO﹣)＞c(OH﹣)，故A正确；B．0.1 mol L﹣1 NH4Cl溶液与0.1 mol L﹣1氨水等体积混合(pH＞7)，溶液显碱性说明一水合氨电离程度大于铵根离子的水解程度，c(NH3 H2O)＜c(NH4+)，故B错误：C．0.1 mol L﹣1Na2CO3溶液与0.1 mol L﹣1NaHCO3溶液等体积混合溶液中存在物料守恒，2n(Na)=3n(C)，钠离子总物质的量等于碳元素所有存在形式总和，2c(Na+)=3[c(CO32﹣)+c(HCO3﹣)+c(H2CO3)]，则C错误；D．0.1 mol L﹣1Na2C2O4溶液与0.1 mol L﹣1HCl溶液等体积混合得到等浓度NaCl和NaHC2O4，溶液中存在电荷守恒，2c(C2O42﹣)+c(HC2O4﹣)+c(OH﹣)+c(Cl﹣)=c(Na+)+c(H+)，故D错误。
二、教学建议
离子平衡的综合应用是化学反应原理部分的重要及难点知识，内容枯燥而抽象，知识点多，且各个知识点间的联系密切，知识具有较强的逻辑性。本单元内容建议进一步深化学生的微粒观(微粒的种类，数量，来源，去向)及动态观(基于平衡的动态观)，形成定量观及系统观，从化学平衡移动原理等角度培养学生变化观念与平衡思想的学科素养。
三、情境素材
1．查阅资料并讨论含氟牙膏预防龋齿的化学原理，提出牙膏加氟需要注意的问题；查阅资料并讨论水溶液中的离子平衡在化工生产中的应用，如二氧化钛的制备、“侯氏制碱法”的基本原理等。
2．同浓度盐酸、醋酸与镁条的反应；不同盐溶液的酸碱性；泡沫灭火器；碘化铅悬浊液静置后的上层清液中碘离子的检验；氯化银与碘化银、硫化锌与硫化银、氢氧化镁与氢氧化铁沉淀的转化；钡盐中毒与解毒。
3．水溶液中离子平衡的应用实例，如弱酸的制备、铝盐和铁盐的净水作用、缓冲溶液及其作用、溶洞和珊瑚礁的形成，以及可溶性钡盐的工业生产等。
PAGE
8

展开更多......

收起↑