鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 水与水溶液第1课时学案及答案

第1节　水与水溶液

第1课时　水及强、弱电解质

学习目标

1.通过水电离的学习,知道水电离平衡的影响因素,了解水的离子积常数。

2.通过强、弱电解质内容的学习,从电离、离子反应、化学平衡的角度认识电解质水溶液的组成、性质和反应。

学习任务1　水的电离及其影响因素

1.水的电离

(1)水是一种极弱的电解质。

(2)水的电离方程式为H2OH++OH-。

(3)水的电离平衡:水的电离是一个可逆过程,当电离速率(v电离)与离子结合为水分子的速率(v分子化)相等时就达到了一种平衡状态,把这种平衡叫电离平衡。

2.水的离子积

(1)水的离子积:跟化学平衡一样,水的电离平衡也有一个平衡常数,其平衡常数K=,在纯水或稀溶液中c平(H2O)基本不变,因此K·c平(H2O)也是一个常数,称其为水的离子积常数,简称水的离子积,记为KW。

(2)水的离子积常数表达式:KW=c平(H+)·c平(OH-)。　

(3)KW影响因素:KW只与温度有关,25 ℃ 时KW=1.0×10-14 mol2·L-2。

微点拨:KW适用于纯水及稀溶液,浓溶液不适用。因为浓溶液中c平(H2O)变化较大,KW=K·c平(H2O),不为常数。

3.外界条件对水的电离平衡的影响

分析下列条件的改变对水的电离平衡:H2OH++OH-　ΔH>0的影响:

　某老师运用数字手持设备测定KW与温度的关系。实验原理:随温度升高,水的电导率发生变化,电导率升高,说明离子浓度增大,据此推测水的电离平衡移动方向。测得水的电导率随温度变化如图。据此探究水的电离平衡的影响因素。

探究　水的电离平衡的影响因素

问题1:如图电导率随温度升高而增大,说明升高温度,水的电离平衡向哪个方向移动。为什么?

提示:正向移动。因为水电离断裂H—O键,吸收能量,根据平衡移动原理,升温平衡向吸热方向移动,因此水的电离平衡正向移动,由于正向移动造成H+和OH-浓度增大,从而导致水的电导率增大。

问题2:向水中加少量稀硫酸,水的电离平衡向哪个方向移动?为什么?再次平衡后c(H+)相比原来增大还是减小?

提示:逆向移动。由于温度不变,所以KW不变,稀硫酸中H+的浓度远大于纯H2O的,所以Q=c(H+)·c(OH-)增大,Q>KW,水的电离平衡逆向移动。再次平衡后,由于再次满足Q=c(H+)·c(OH-)=KW,c(OH-)减小,所以c(H+)比原来大。

问题3:向水中加少量NaOH固体(因为少量所以忽略温度变化),水的电离平衡向哪个方向移动?为什么?再次平衡后c(OH-)相比原来增大还是减小?

提示:逆向移动。由于温度不变,所以KW不变,NaOH电离出OH-使c(OH-)增大,所以 Q=c(H+)·c(OH-)增大,Q>KW,水的电离平衡逆向移动。再次平衡后,由于再次满足Q=c(H+)·c(OH-)=KW,c(H+)减小,所以c(OH-)比原来大。

升温促进水的电离,降温抑制水的电离。水中加入酸、碱会抑制水的电离。

1.(2021·湖南益阳期中)精确的导电实验表明,H2O也是一种电解质,下列关于水的电离的说法正确的是(　D　)

A.纯水的电离度大约为1×10-5%

B.水的电离是放热的,升高温度,不利于水的电离

C.向纯水中加入稀盐酸能消耗水产生的OH-从而促进水的电离

D.水的离子积常数不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液

解析:纯水的电离程度受温度影响,题干未指明温度,故A错误;水的电离是吸热反应,升高温度平衡向吸热反应方向移动,所以促进水的电离,故B错误;酸或碱能抑制水的电离,则盐酸能抑制水的电离,故C错误;水的离子积只与温度有关,和所处的环境无关,即KW不只适用于纯水,也适用于其他稀的电解质溶液,故D正确。

2.(2021·福建南安阶段练习)25 ℃时水的电离达到平衡:H2OH++OH-　ΔH>0,下列叙述不正确的是(　C　)

A.将水加热,KW增大,pH减小

B.向水中加入少量硫酸氢钠固体,增大

C.某溶液中由水电离出的氢离子浓度为10-12 mol·L-1,则该溶液一定显碱性

D.向水中滴入少量KOH溶液,平衡逆向移动,c(H+)降低

解析:将水加热,水的电离程度变大,氢离子浓度变大,KW增大,pH减小,A正确;硫酸氢钠溶于水电离出氢离子,向水中加入少量硫酸氢钠固体,氢离子浓度变大,增大,B正确;25 ℃时,某溶液中由水电离出的氢离子浓度等于水电离出的氢氧根离子浓度,为10-12 mol·L-1,说明水的电离受到抑制,则该溶液可能显碱性也可能显酸性,C不正确;向水中滴入少量KOH溶液,水的电离被抑制,平衡逆向移动,c(H+)降低,D正确。

温度不变的情况下判断水的电离平衡向哪个方向移动,关键是看该因素的改变对c(H+)、c(OH-)的影响。如果造成两者或其一减小则平衡正向移动,如果两者或其一增大则平衡逆向移动。

学习任务2　电解质在水溶液中的存在形态

1.强电解质和弱电解质

(1)电解质分类。

化合物

(2)强电解质。

在稀的水溶液中能完全电离的电解质称为强电解质。常见强电解质包括:强酸(H2SO4、HNO3、HCl、HClO4、HBr、HI等)、强碱[NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等]、绝大多数盐。

(3)弱电解质。

在溶于水时部分电离的电解质称为弱电解质。常见弱电解质包括:弱酸(H2CO3、CH3COOH、H2S、H2SO3、HClO、HF、H2SiO3等)、弱碱[NH3·H2O、Cu(OH)2、Al(OH)3、Fe(OH)3等]、少数盐[如(CH3COO)2Pb等]。

2.电离方程式的书写

(1)强电解质:用“”,多元强酸不分步。

(2)弱电解质:用“”,多元弱酸分步电离,多元弱碱一步写出。

例如:CH3COOH:CH3COOHCH3COO-+H+。H2CO3:H2CO3H++HC(主),HCH++C(次)。

Fe(OH)3:Fe(OH)3Fe3++3OH-。

微点拨:(1)虽然电离方程式书写时写成简单离子形式,但实际上电解质在溶液中是没有简单离子或分子存在的。电离出的离子或电解质分子都和一定数目的水分子相互吸引结合为“水合离子”及“水合分子”。电解质分子及电解质电离出的离子与水分子间的这种相互吸引作用称为溶剂化作用。(2)特殊电离:如NaHSO4(熔融)Na++HS,NaHSO4(aq)Na++H++S。

　某学生运用pH探究电解质在水溶液中的存在形态。已知c(H+)=10-pHmol·L-1。该同学用容量瓶配制了0.1 mol·L-1的醋酸溶液和 0.1 mol·L-1的盐酸,然后用pH计测定两者的pH分别为3和1。

探究　电解质在水溶液中的存在形态

问题1:根据上述数据计算0.1 mol·L-1的醋酸溶液中c(H+),0.1 mol·L-1的盐酸中c(H+)。

提示:根据c(H+)=10-pHmol·L-1,0.1 mol·L-1的醋酸溶液中c(H+)=10-3mol·L-1=0.001 mol·L-1;0.1 mol·L-1的盐酸中c(H+)=10-1mol·L-1=0.1 mol·L-1。

问题2:根据上述计算分析,盐酸中有无HCl分子存在?醋酸溶液中有无CH3COOH分子存在?

提示:盐酸中无HCl分子存在;醋酸溶液中仍然有CH3COOH分子存在。

问题3:0.1 mol·L-1的醋酸溶液与0.1 mol·L-1的盐酸相比,导电能力哪一个强?为什么?

提示:盐酸导电能力强。虽然两种酸浓度相同,但是由于醋酸未完全电离,所以醋酸溶液中的自由离子浓度远低于盐酸的,因此醋酸溶液的导电能力弱于盐酸的。

电解质的强弱与其溶解性无关。难溶的盐如AgCl、CaCO3等,溶于水的部分能完全电离,是强电解质。易溶的如CH3COOH、NH3·H2O等在溶液中电离程度较小,是弱电解质。所以电解质的强弱取决于溶于水的那部分电解质是否完全电离。

1.(2021·江西九江期中)下列各组关于强电解质、弱电解质、非电解质的归类,完全正确的是(　C　)

解析:Fe是单质,既不是电解质也不是非电解质,A错误;NH3的水溶液虽然能够导电,但由于不是其本身电离,故NH3为非电解质,BaSO4溶于水后能够完全电离,属于强电解质,B错误;CaCO3溶于水后能够完全电离,属于强电解质,H3PO4属于中强酸,在水溶液中部分电离,属于弱电解质,C2H5OH液体和水溶液中均不导电,属于非电解质,C正确;盐酸是混合物,既不是电解质也不是非电解质,D错误。

2.(2021·黑龙江哈师大附中期中)下列电离方程式书写正确的是(　B　)

A.H2SO4+S

B.CH3COONH4CH3COO-+N

C.H2CO32H++C

D.NaHCO3Na++H++C

解析:硫酸为强电解质,水溶液中完全电离出2个氢离子和1个硫酸根离子,电离方程式为H2SO42H++S,故A错误;CH3COONH4属于盐类,完全电离,电离方程式为CH3COONH4CH3COO-+N,故B正确;H2CO3是二元弱酸,分两步电离,电离方程式为H2CO3H++HC、HCH++C,故C错误;NaHCO3完全电离出1个钠离子和1个碳酸氢根离子,电离方程式为NaHCO3Na++HC,故D错误。

多元弱酸酸式盐与多元强酸酸式盐的电离方程式书写是不同的。多元弱酸酸式盐在水中电离出金属离子或铵根离子、酸式酸根离子,酸式酸根离子不能拆分成氢离子和酸根离子,例如NaHCO3Na++HC;而多元强酸酸式盐在水中电离时其酸式酸根离子完全电离,可拆写成氢离子和酸根离子,例如NaHSO4Na++H++S。熔融条件下强酸酸式盐电离成金属离子和酸式酸根离子,弱酸的酸式盐通常受热分解,不存在熔融态,例如NaHSO4(熔融)Na++HS,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。

【知识整合】

【易错提醒】

1.误认为KW=c平(H+)·c平(OH-)公式中的 c平(H+)或c平(OH-)都是来源于水的电离,其实c平(H+)、c平(OH-)分别指整个溶液(稀溶液)中H+、OH-的总物质的量浓度,不一定都是水电离出来的。

2.误认为弱电解质溶液导电性是弱的,其实溶液导电性影响因素很多,比如离子浓度、离子所带电荷、溶液温度等。弱电解质溶液导电性不一定弱,比如 0.1 mol·L-1的HNO2(弱酸)溶液有7%HNO2发生电离,因此其H+浓度与N浓度为0.007 mol·L-1,比 0.005 mol·L-1的盐酸(强酸)离子浓度高,此时导电性:亚硝酸溶液强于盐酸。

3.误认为难溶于水的电解质一定是弱电解质,其实电解质的强弱主要取决于“溶于水”的那一部分电解质是否完全电离。一种电解质即使再难溶也会溶解“一丁点”,如果溶解的那“一丁点”完全电离,那么就属于强电解质。

4.误认为电解质都是既能在熔融态电离又能在水中电离,其实离子化合物型电解质(强碱与大多数盐)既能在熔融态电离又能在水中电离,而共价化合物型电解质(酸、水、少数盐如AlCl3等)仅能在水中电离,不能在熔融态电离。