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3.1 第2课时　电离平衡常数　水的电离
【学习目标】
1.了解常见弱酸和弱碱的电离常数大小,能比较它们的电离能力强弱。
2.了解水的电离过程及水的离子积常数的含义,并能用Kw进行简单计算。
3.了解水电离的影响因素。
【合作探究】
任务1　弱电解质的电离平衡常数与电离度
【学习情境】
碳酸的酸性比次氯酸强,但向NaClO溶液中通入CO2气体,无论气体多少,都只生成NaHCO3和HClO,这是什么原因 一般情况下,确定酸与盐发生复分解反应产物的依据是什么
【新知生成】
1.电离平衡常数(简称电离常数)
(1)表达式:对一元弱酸HA,Ka=　　　　;
对一元弱碱BOH,Kb=　　　　　　　　。
(2)意义:K值越大,表示该弱电解质越易　　　　,弱酸(碱)的酸(碱)性越　　　　。
(3)影响因素:K只与电解质的性质和温度有关,对同一弱电解质,温度一定,电离常数一定,温度升高,电离常数　　　　。
(4)多元弱酸的各步电离常数的大小关系:第一步电离　　　　第二步电离,所以其酸性主要取决于第　　　　步电离。
2.电离度
(1)定义:弱电解质在水中的电离达到平衡状态时,弱电解质已电离部分的浓度与其起始浓度的比值,称为电离度,用α表示。
(2)表达式:α=　　　　×100%。
(3)影响因素:弱电解质的电离度与溶液的浓度和温度有关,一般而言,浓度越大,电离度越　　　　;温度越高,电离度越　　　　。
【答案】1.(1)　
(2)电离　强　(3)增大　(4)远大于　一
2.(2)　(3)小　大
【核心突破】
典例1　下列说法正确的是(　　)
A.电离平衡常数受溶液浓度的影响
B.电离平衡常数可以表示弱电解质的相对强弱
C.电离平衡常数大的酸溶液中c(H+)一定比电离平衡常数小的酸溶液中c(H+)大
D.H2CO3的电离平衡常数表达式为K=
【解析】电离平衡常数与溶液浓度无关,A项错误;酸中c(H+)既与酸的电离平衡常数有关,还与酸的浓度有关,C项错误;碳酸是分步电离的,第一步电离平衡常数表达式为K1=,第二步电离平衡常数表达式为K2=,D项错误。
【答案】B
归纳总结：有关电离度和电离平衡常数的计算(以弱酸HX为例)
(1)已知电离度(a),计算溶液中的c(H+)
c(H+)=c(HX)a
(2)已知c(HX)和c(H+),求电离平衡常数:
则K=。由于弱酸只有极少一部分电离,c(H+)的数值很小,可做近似处理:c(HX)-c(H+)≈c(HX),则K≈,代入数值求解即可。
(3)已知c(HX)和电离平衡常数,求c(H+):
由(2)中分析可知,c(H+)≈,代入数值求解即可。
训练1　已知25℃时,几种弱酸的电离平衡常数为HCOOH:Ka=1.8×10-4;HCN:Ka=4.9×10-10;H2CO3:Ka1=4×10-7;Ka2=5×10-11,则以下反应不能自发进行的是(　　)
A.HCOOH+NaCNHCOONa+HCN
B.NaHCO3+NaCNNa2CO3+HCN
C.NaCN+H2O+CO2HCN+NaHCO3
D.HCOOH+CHCOO-+HC
【解析】弱酸的电离平衡常数越大,则酸性越强。由所给数据知,电离常数:HCOOH>H2CO3>HCN>HC。A项,HCOOH的酸性强于HCN,因此该反应能自发进行;B项,HCN的酸性强于HC,因此该反应不能自发进行;C项,H2CO3的酸性强于HCN,而HCN的酸性强于HC,因此该反应能自发进行;D项,HCOOH的酸性强于H2CO3,也强于HC,因此该反应能自发进行。
【答案】B
任务2　水的离子积常数及影响因素
【学习情境】
安全用电常识要求“严禁用湿手触摸电器,不用湿布擦拭电器;发现有人触电要设法及时关闭电源或者用干燥的木棍等物体将触电者与带电的电器分开……”“湿手”“湿布”“湿木棍”与“干手”“干布”“干木棍”的区别在于是否含水,水会引起触电。水能否导电 为什么
【新知生成】
(1)水的离子积常数表达式为　　　　　　　　。
(2)Kw及影响因素
①25 ℃时,Kw=　　　　　　　　。
②水的电离是　　　　的可逆过程,故温度升高,Kw　　　　。
③水的离子积常数只受　　　　的影响,与c(H+)、c(OH-)的变化无关。
【答案】(1)Kw=c(H+)·c(OH-)　(2)①1.0×10-14　②吸热　增大　③温度
【核心突破】
典例2　25 ℃时,水的电离达到平衡:H2OH++OH-。下列叙述正确的是(　　)
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,OH-的浓度减小
B.向水中加入少量氢氧化钠固体,OH-的浓度增大,Kw不变
C.向水中加入少量冰醋酸,平衡逆向移动,H+的浓度减小
D.将水加热,Kw增大,H+的浓度不变
【解析】向水中加入稀氨水,溶液的碱性增强,OH-的浓度增大,水的电离受到抑制,平衡逆向移动;向水中加入少量冰醋酸,溶液的酸性增强,H+的浓度增大,水的电离受到抑制,平衡逆向移动;将水加热,促进水的电离,使得H+和OH-浓度增大,Kw增大。
【答案】B
归纳总结：影响水电离平衡的因素
影响 因素 方向 影响结果
Kw c(H+) 变化 c(OH-) 变化 c(H+)与c(OH-)的关系
外加 酸碱 加酸 左移 不变 增大 减小 c(H+)>c(OH-)
加碱 左移 不变 减小 增大 c(H+)外加活泼金属, 如K、Na、Ca 右移 不变 减小 增大 c(H+)升高温度 右移 增大 增大 增大 c(H+)=c(OH-)
训练2　判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)25 ℃时,0.1 mol·L-1的NaOH溶液中Kw=1×10-13。 (　　)
(2)某温度下,纯水中的c(H+)=2×10-7mol·L-1,则c(OH-)= mol·L-1。 (　　)
(3)25 ℃时,0.01 mol·L-1的盐酸中c(OH-)=1.0×10-12 mol·L-1。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√
课堂小结
【随堂检测】
1.能够使H2OH++OH-的平衡向右移动的措施是(　　)
A.升高水溶液的温度
B.加入少量H2SO4溶液
C.加入少量NaOH溶液
D.向水中放入冰块
【解析】A项,水的电离是吸热过程,升温平衡向右移动;B项,加入H2SO4使H+浓度增大,平衡向左移动;C项,加入NaOH使OH-浓度增大,平衡向左移动;D项,放入冰块,使温度降低,平衡向左移动。
【答案】A
2.某温度下,向c(H+)=1×10-6 mol·L-1的蒸馏水中加入NaHSO4晶体,保持温度不变,测得溶液中c(H+)=1×10-3 mol·L-1。下列对该溶液的叙述不正确的是(　　)
A.该温度高于25℃
B.由水电离出来的H+的浓度为1×10-11 mol·L-1
C.加入NaHSO4晶体抑制水的电离
D.取该溶液加水稀释100倍,溶液中的c(OH-)增大
【解析】25 ℃时,纯水中c(H+)=1×10-7 mol·L-1,c(H+)=1×10-6 mol·L-1说明水的电离得到促进,故T>25 ℃,A项正确;c(H+)=1×10-6 mol·L-1,水的离子积常数为1×10-12,Kw=c(H+)·c(OH-),当c(H+)=1×10-3 mol·L-1时,c(OH-)=1×10-9 mol·L-1,故由水电离出来的c(H+)=1×10-9 mol·L-1,B项错误;NaHSO4电离生成的氢离子,对水的电离起抑制作用,水的电离程度减小,C项正确;温度不变时,Kw不变,加水稀释,c(H+)减小,Kw=c(H+)·c(OH-)不变,所以c(OH-)增大,D项正确。
【答案】B
3.已知常温下0.01 mol·L-1的CH3COOH溶液中,c(H+)=4.32×10-4 mol·L-1,则该CH3COOH溶液中水的离子积常数(　　)
A.小于1×10-14
B.大于1×10-14
C.等于1×10-14
D.无法确定
【解析】水的离子积常数仅与温度有关,只要温度不变,水的离子积常数就不变。在常温下,Kw=1×10-14,而与电解质溶液及其电离程度无关。
【答案】C
4.下表是几种弱酸在常温下的电离平衡常数:
CH3COOH H2CO3 H2S H3PO4
1.8×10-5 Ka1=4.5×10-7 Ka2=4.7×10-11 Ka1=1.1×10-7 Ka2=1.3×10-13 Ka1=6.9×10-3 Ka2=6.2×10-8 Ka3=4.8×10-13
下列说法中不正确的是(　　)。
A.碳酸的酸性强于氢硫酸
B.多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定
C.常温下,加水稀释醋酸,减小
D.向某弱酸溶液中加水稀释,电离平衡常数不变
【解析】多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。弱酸的电离平衡常数越大,该酸的酸性就越强。由于碳酸的电离平衡常数Ka1=4.5×10-7,比氢硫酸的电离平衡常数Ka1=1.1×10-7大,所以碳酸的酸性比氢硫酸强,A项正确。多元弱酸一级电离产生的氢离子会抑制二级电离,所以多元弱酸的二级电离程度远小于一级电离,故多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定,B项正确。醋酸是一元弱酸,在溶液中存在电离平衡:CH3COOHCH3COO-+H+,加水稀释,电离平衡正向移动,溶液中n(H+)有所增大,n(CH3COOH)减小,在同一溶液中,体积相同,所以加水稀释,增大,C项错误。加水稀释,溶液的温度不变,其电离平衡常数不变,D项正确。
【答案】C
5.勒夏特列原理适用于许多平衡体系。试用该原理分析水的电离平衡(H2OH++OH-),填写下列表格(除④外,其余都假设溶液温度不变):
改变条件 平衡移动 方向 c(H+) 的变化 c(OH-) 的变化 Kw
①加入醋酸
②加入烧碱
③加入CH3COONa
④升高温度
　　【答案】①向左　变大　变小　不变
②向左　变小　变大　不变
③向右　变小　变大　不变
④向右　变大　变大　变大
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