高二化学反应原理优质学案324盐类水解在溶液中离子浓度大小比较中的应用.docx
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高二化学反应原理优质学案324盐类水解在溶液中离子浓度大小比较中的应用
第4课时 盐类水解在溶液中离子浓度大小比较中的应用
[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想:
知道弱电解质的电离和盐类的水解均存在平衡,会判断溶液中微粒的种类。
2.证据推理与模型认知:
建立溶液中粒子浓度大小比较的思维模型,掌握溶液中粒子浓度大小的比较方法。
一、溶液中离子浓度的大小比较
1.不同溶液中同一离子浓度的比较
相同物质的量浓度的a.NH4Cl溶液,b.CH3COONH4溶液,c.NH4HSO4溶液,c中H+对NH
水解有抑制作用,b中CH3COO-的水解对NH
水解有促进作用,所以三种溶液中[NH
]由大到小的顺序是c>a>b。
2.弱酸溶液中离子浓度大小比较
(1)HClO溶液中存在的平衡有:
HClOH++ClO-,H2OH++OH-,溶液中微粒有H2O、HClO、H+、OH-、ClO-,由于HClO电离程度小,且H2O的电离程度更小,所以溶液中微粒浓度由大到小的顺序(H2O除外)是[HClO]>[H+]>[ClO-]>[OH-]。
(2)碳酸的电离方程式是H2CO3HCO
+H+,HCO
H++CO
。
碳酸溶液中存在的微粒有H2O、H2CO3、H+、HCO
、CO
、OH-。
碳酸是弱酸,第一步电离很微弱,第二步电离更微弱。
推测其溶液中粒子浓度由大到小的顺序(水分子除外)是[H2CO3]>[H+]>[HCO
]>[CO
]>[OH-]。
3.单一溶液中离子浓度大小的比较
(1)氯化铵溶液
①先分析NH4Cl溶液中的电离、水解过程。
电离:
NH4Cl===NH
+Cl-、H2OH++OH-。
水解:
NH
+H2ONH3·H2O+H+。
判断溶液中存在的离子有NH
、Cl-、H+、OH-。
②再根据其电离和水解程度的相对大小,比较确定氯化铵溶液中离子浓度由大到小的顺序是[Cl-]>[NH
]>[H+]>[OH-]。
(2)碳酸钠溶液
①分析Na2CO3溶液中的电离、水解过程:
电离:
Na2CO3===2Na++CO
、H2OH++OH-。
水解:
CO
+H2OHCO
+OH-、HCO
+H2OH2CO3+OH-。
溶液中存在的离子有Na+、CO
、HCO
、OH-、H+。
②溶液中离子浓度由大到小的顺序是[Na+]>[CO
]>[OH-]>[HCO
]>[H+]。
(3)碳酸氢钠溶液
①分析NaHCO3溶液中的电离、水解过程:
电离:
NaHCO3===Na++HCO
、HCO
H++CO
、H2OH++OH-。
水解:
HCO
+H2OH2CO3+OH-。
溶液中存在的离子有Na+、HCO
、CO
、H+、OH-。
②由于HCO
的电离程度小于HCO
的水解程度,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序是
[Na+]>[HCO
]>[OH-]>[H+]>[CO
]。
4.混合溶液中离子浓度大小的比较
(1)物质的量浓度相同的NaOH溶液、NH4Cl溶液等体积混合
反应的化学方程式:
NH4Cl+NaOH===NH3·H2O+NaCl;溶液中存在的离子有Na+、Cl-、NH
、OH-、H+;其浓度由大到小的顺序是[Na+]=[Cl-]>[OH-]>[NH
]>[H+]。
(2)物质的量浓度相同的NH4Cl溶液、氨水等体积混合后不发生反应,溶液中的溶质为NH4Cl、NH3·H2O,由于NH3·H2O的电离程度大于NH
的水解程度,所以溶液呈碱性;溶液中存在的离子有NH
、Cl-、OH-、H+;其浓度由大到小的顺序是[NH
]>[Cl-]>[OH-]>[H+]。
(3)物质的量浓度相同的CH3COONa溶液和NaClO溶液等体积混合,溶液中的溶质为CH3COONa、NaClO,溶液中存在的离子有Na+、ClO-、CH3COO-、H+、OH-,由于ClO-的水解程度大于CH3COO-的水解程度,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序为
[Na+]>[CH3COO-]>[ClO-]>[OH-]>[H+]。
(4)物质的量浓度相同的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液等体积混合,溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,由于CO
的水解程度大于HCO
的水解程度,所以溶液中离子浓度由大到小的顺序为[Na+]>[HCO
]>[CO
]>[OH-]>[H+]。
(1)溶液中离子浓度大小比较的方法思路
①先确定溶液中的溶质成分及各自物质的量浓度大小。
②写出电离方程式、水解方程式,找出溶液中存在的离子。
③依据电离和水解程度的相对大小,比较离子浓度大小。
(2)特别注意的问题
①多元弱酸的正盐溶液(如Na2CO3溶液),要分清主次关系。
即盐完全电离,多元弱酸根的第一步水解大于第二步水解。
②多元弱酸的酸式盐溶液,要注意考虑酸式酸根水解程度和电离程度的相对大小。
若酸式酸根的电离程度大于水解程度,溶液呈酸性;若水解程度大于电离程度,溶液呈碱性。
③当两种溶液混合或两种物质发生反应时,要根据反应原理准确地判断溶质的成分,然后判断离子种类,再根据规律比较其大小。
④不同溶液中同一离子浓度的比较要看溶液中其他离子对它的影响。
例1
(2018·武汉高二测试)已知乙酸(HA)的酸性比甲酸(HB)弱,在物质的量浓度均为
0.1mol·L-1的NaA和NaB混合溶液中,下列排序正确的是( )
A.[OH-]>[HA]>[HB]>[H+]
B.[OH-]>[A-]>[B-]>[H+]
C.[OH-]>[B-]>[A-]>[H+]
D.[OH-]>[HB]>[HA]>[H+]
[答案] A
[解析] 在NaA和NaB的混合液中存在A-和B-的水解平衡:
A-+H2OHA+OH-、B-+H2OHB+OH-,由于HA比HB酸性弱,因此A-的水解程度大于B-的水解程度,故[HA]>[HB]、[B-]>[A-]>[OH-],因此A项正确。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
不同强碱弱酸盐混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
例2
用物质的量都是0.1mol的HCN和NaCN配成1L混合溶液,已知其中[CN-]小于
[Na+],则下列判断正确的是( )
A.[H+]>[OH-]
B.[HCN]>[CN-]=0.2mol·L-1
C.[HCN]>[CN-]
D.[CN-]>[OH-]=0.1mol·L-1
[答案] C
[解析] 由[CN-]小于[Na+]知,CN-水解的程度大于HCN电离的程度,得到C正确。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
弱酸及其盐混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
例3
将等体积的0.2mol·L-1CH3COONa溶液与0.1mol·L-1HNO3混合,混合溶液中离子浓度由大到小顺序正确的是( )
A.[Na+]>[CH3COO-]>[NO
]>[OH-]>[H+]
B.[Na+]>[CH3COO-]>[NO
]>[H+]>[OH-]
C.[Na+]>[CH3COO-]>[OH-]>[NO
]>[H+]
D.[CH3COO-]>[Na+]>[H+]>[NO
]>[OH-]
[答案] B
[解析] 反应后溶液中溶质是CH3COONa、CH3COOH和NaNO3,且浓度都是0.05mol·L-1,[Na+]=0.1mol·L-1,[NO
]=0.05mol·L-1,此时醋酸的电离程度大于醋酸钠的水解程度,故溶液中[CH3COO-]>0.05mol·L-1,[H+]>[OH-],故选B。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
弱酸及其盐混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
例4
室温下将pH=10的NaOH溶液与pH=4的CH3COOH溶液等体积混合:
(1)混合后溶液中的溶质是______________,呈________性。
(2)溶液中离子浓度由大到小的顺序是_________________________________________
________________________________________________________________________。
[答案]
(1)CH3COONa、CH3COOH 酸
(2)[CH3COO-]>[Na+]>[H+]>[OH-]
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
已知pH、体积的酸和碱混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
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1.离子浓度比较的注意事项
(1)比较时紧扣两个微弱
①弱电解质(弱酸、弱碱、水)的电离是微弱的,且水的电离能力远远小于弱酸和弱碱的电离能力。
如在稀醋酸溶液中微粒浓度由大到小的顺序:
[CH3COOH]>[H+]>[CH3COO-]>[OH-]。
②弱酸根离子或弱碱阳离子的水解是微弱的,但水的电离程度远远小于盐的水解程度。
如稀CH3COONa溶液中[Na+]>[CH3COO-]>[OH-]>[CH3COOH]>[H+]。
(2)酸式盐溶液的酸碱性主要取决于酸式盐中酸式酸根离子的电离能力和水解能力哪一个更强,如NaHCO3溶液中HCO
的水解能力大于其电离能力,故溶液显碱性;NaHSO3溶液中HSO
的水解能力小于其电离能力,故溶液显酸性。
(3)多元弱酸的强碱正盐溶液:
弱酸根离子水解以第一步为主。
(4)盐与酸(碱)溶液混合,若能反应,则按反应后混合组成再综合考虑水解和电离两种因素。
2.溶液中粒子浓度大小比较方法的四个步骤
(1)判断反应产物:
判断两种溶液混合时生成了什么物质,是否有物质过量,再确定反应后溶液的组成。
(2)写出反应后溶液中存在的平衡:
根据溶液的组成,写出溶液中存在的所有平衡(水解平衡、电离平衡),尤其要注意不要漏写在任何水溶液中均存在的水的电离平衡。
这一步的主要目的是分析溶液中存在的各种粒子及比较直接地看出某些粒子浓度间的关系,在具体应用时要注意防止遗漏。
(3)列出溶液中存在的等式:
根据反应后溶液中存在的溶质的守恒原理,列出两个重要的等式,即电荷守恒式和物料守恒式,据此可列出溶液中阴、阳离子间的数学关系式。
(4)比大小:
根据溶液中存在的平衡和题给条件,结合平衡的有关知识,分析哪些平衡进行的程度相对大一些,哪些平衡进行的程度相对小一些,再依此比较溶液中各粒子浓度的大小。
这一步是溶液中粒子浓度大小比较最重要的一步,关键是要把握好电离平衡和水解平衡两大理论,树立“主次”意识。
二、电解质溶液中的三个守恒关系
1.电荷守恒关系
电解质溶液中,不论存在多少种离子,溶液总是呈电中性,即阴离子所带负电荷总数一定等于阳离子所带正电荷总数,如Na2CO3溶液中存在着Na+、CO
、H+、OH-、HCO
,n(正电荷)=n(负电荷),即:
n(Na+)+n(H+)=2n(CO
)+n(HCO
)+n(OH-),两边同时除以体积,有[Na+]+[H+]=2[CO
]+[HCO
]+[OH-]。
2.物料守恒关系
电解质溶液中,由于某些离子能水解或电离,离子种类增多,但原子总数是守恒的,如Na2CO3溶液中n(Na+)与n(C)为2∶1,CO
水解后碳元素以CO
、HCO
、H2CO3三种形式存在,它们之间的守恒关系为[Na+]=2[HCO
]+2[H2CO3]+2[CO
]。
3.质子守恒关系
质子守恒是根据水电离出的[OH-]=[H+],溶液中的H+或OH-虽与其他离子结合而以不同的形式存在,但其总量相同。
如在Na2CO3溶液中有关系式:
[OH-]=[H+]+[HCO
]+2[H2CO3]。
溶液中粒子浓度三守恒关系式的确定与判断
(1)分析电解质的电离和水解情况,找全溶液中的离子和分子。
(2)分清题目考查的守恒关系,可以是单一守恒关系式,也可以是它们的变形关系式,也可以是两种守恒关系式导出的新的守恒式。
(3)注意选择题常涉及的易错点:
①守恒关系式中多写或漏写离子或分子;
②守恒关系式浓度前的化学计量数设错;
③在混合后忽视溶液体积变化上设错。
例5
判断下列电解质溶液中的守恒关系哪些正确,哪些错误?
已知H2C2O4为二元弱酸。
(1)0.1mol·L-1Na2SO3溶液中,
[Na+]=2[SO
]+[HSO
]+[H2SO3]。
(2)0.1mol·L-1Na2S溶液中,
[H+]=[OH-]-2[H2S]-[HS-]。
(3)0.1mol·L-1Na2C2O4溶液与0.1mol·L-1HCl溶液等体积混合(H2C2O4为弱酸)
2[C2O
]+[HC2O
]+[OH-]=[Na+]+[H+]。
(4)pH=1的NaHSO4溶液中,
[H+]=[SO
]+[OH-]。
(5)0.1mol·L-1NaHC2O4溶液中,
[Na+]=[HC2O
]+[C2O
]。
(6)0.1mol·L-1Na2CO3溶液与0.1mol·L-1NaHCO3溶液等体积混合,
[Na+]=[CO
]+[HCO
]+[H2CO3]。
(7)0.1mol·L-1CH3COOH溶液与0.1mol·L-1NaOH溶液等体积混合后的溶液中,
[OH-]>[H+]+[CH3COOH]。
[答案] 正确的有
(2)(4)(6),其余不正确。
[解析]
(1)不符合物料守恒,正确的关系式为[Na+]=2[SO
]+2[HSO
]+2[H2SO3]。
(2)符合质子守恒,[OH-]=[H+]+2[H2S]+[HS-],移项即可。
(3)不符合电荷守恒,漏写[Cl-],正确的关系式是[Cl-]+2[C2O
]+[HC2O
]+[OH-]=[Na+]+[H+]。
(4)符合电荷守恒,[Na+]+[H+]=2[SO
]+[OH-],因[Na+]=[SO
],故成立。
(5)不符合物料守恒。
正确的关系式为[Na+]=[HC2O
]+[H2C2O4]+[C2O
]。
(6)符合物料守恒。
[Na+]=0.15mol·L-1,[CO
]+[HCO
]+[H2CO3]=0.1mol·L-1,故
[Na+]=[CO
]+[HCO
]+[H2CO3]。
(7)不符合质子守恒,正确的关系式为[OH-]=[H+]+[CH3COOH]。
考点
盐溶液中粒子及其浓度大小的比较与判断
题点
水解平衡中的三个守恒关系及其应用
例6
把0.02mol·L-1CH3COOH溶液和0.01mol·L-1NaOH溶液以等体积混合显酸性,混合溶液中粒子浓度关系正确的是( )
A.[CH3COO-]>[Na+]
B.[CH3COOH]>[CH3COO-]
C.2[H+]=[CH3COO-]-[CH3COOH]
D.[CH3COOH]+[CH3COO-]=0.02mol·L-1
[答案] A
[解析] 根据题意,CH3COOH溶液与NaOH溶液充分作用后CH3COOH过量,反应后溶液中溶质为等物质的量浓度的CH3COONa与CH3COOH,当不考虑水解和电离时[CH3COO-]=
[Na+]=[CH3COOH],而实际情况是CH3COOH的电离程度强于CH3COO-的水解程度,[CH3COO-]增大,[CH3COOH]减小,故有[CH3COO-]>[Na+]>[CH3COOH],即A项正确,B项错误;由于混合溶液中存在电荷守恒[H+]+[Na+]=[OH-]+[CH3COO-]①,和物料守恒2[Na+]=[CH3COO-]+[CH3COOH]②,联立①②两式可得:
2[H+]=[CH3COO-]-[CH3COOH]+2[OH-],C项错误;根据物料守恒,CH3COOH溶液与NaOH反应后混合溶液中CH3COOH与CH3COO-的总物质的量等于原0.02mol·L-1CH3COOH溶液中CH3COOH和CH3COO-总的物质的量,但因两溶液等体积混合,溶液体积扩大至原来的2倍,[CH3COOH]+[CH3COO-]=0.01mol·L-1,D项错误。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
已知浓度、体积的酸和碱混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
1.HA为酸性略强于醋酸的一元弱酸,在0.1mol·L-1NaA溶液中,离子浓度关系正确的是( )
A.[Na+]>[A-]>[H+]>[OH-]
B.[Na+]>[OH-]>[A-]>[H+]
C.[Na+]+[OH-]=[A-]+[H+]
D.[Na+]+[H+]=[A-]+[OH-]
[答案] D
[解析] 因A-+H2OHA+OH-,所以[Na+]>[A-]>[OH-];水解后溶液呈碱性,则[OH-]>
[H+];根据电荷守恒可知[Na+]+[H+]=[A-]+[OH-]。
考点
盐溶液中粒子及其浓度大小的比较与判断
题点
盐溶液中粒子浓度大小的比较与判断
2.(2018·江西吉安校级期末)25℃时,在1.0L浓度均为0.01mol·L-1的某一元酸HA与其钠盐组成的混合溶液中,测得[Na+]>[A-],则下列描述不正确的是( )
A.该溶液的pH<7
B.HA为弱酸,A-的水解程度较大
C.[A-]+[HA]=0.02mol·L-1
D.n(A-)+n(OH-)=0.01mol+n(H+)
[答案] A
[解析] 该混合溶液中存在Na+、A-、OH-与H+4种离子,根据[Na+]>[A-],再结合电荷守恒知溶液中[OH-]>[H+],溶液呈碱性,pH>7,说明HA为弱酸,且A-的水解程度较大,故A项错误,B项正确;由物料守恒可知,C项正确;因n(Na+)=0.01mol,利用电荷守恒可知,D项正确。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
弱酸及其盐混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
3.t℃时,某氯化铵溶液的pH=4,下列说法中一定正确的是( )
A.由水电离出的氢离子浓度为10-10mol·L-1
B.溶液中[H+][OH-]=1.0×10-14
C.溶液中[Cl-]>[NH
]>[H+]>[OH-]
D.溶液中[NH3·H2O]+[NH
]=[Cl-]+[OH-]
[答案] C
[解析] NH
水解促进了H2O的电离,溶液中的[H+]即为H2O电离的[H+],A错;在25℃时,水的离子积为1.0×10-14mol2·L-2,题干中未指明温度,B错;NH
水解生成H+,故
[Cl-]>[NH
]>[H+]>[OH-],C正确;由物料守恒可知[Cl-]=[NH
]+[NH3·H2O],D错。
考点
盐溶液中粒子及其浓度大小的比较与判断
题点
盐溶液中粒子浓度大小的比较与判断
4.常温下,对pH=10的NaHCO3溶液中,各微粒的物质的量浓度分析正确的是( )
A.[CO
]>[H2CO3]
B.[Na+]>[HCO
]>[OH-]>[H+]
C.[Na+]+[H+]=[HCO
]+[CO
]+[OH-]
D.[Na+]>[HCO
]+[CO
]+[H2CO3]
[答案] B
[解析] NaHCO3溶液中既存在HCO
的电离又存在HCO
的水解,根据溶液pH=10,可知其水解程度大于电离程度,即溶液中[CO
]<[H2CO3],A项错误;只有少量的HCO
发生电离和水解,溶液中存在[Na+]>[HCO
]>[OH-]>[H+],B项正确;根据电荷守恒可知[Na+]+
[H+]=[HCO
]+2[CO
]+[OH-],C项错误;根据物料守恒可知[Na+]=[HCO
]+[CO
]+[H2CO3],D项错误。
考点
盐溶液中粒子及其浓度大小的比较与判断
题点
酸式盐溶液中粒子浓度关系判断
5.25℃时,将pH=11的NaOH溶液与pH=3的CH3COOH溶液等体积混合后,下列关系式中正确的是( )
A.[Na+]=[CH3COO-]+[CH3COOH]
B.[H+]=[CH3COO-]+[OH-]
C.[Na+]>[CH3COO-]>[OH-]>[H+]
D.[CH3COO-]>[Na+]>[H+]>[OH-]
[答案] D
[解析] pH=11的NaOH溶液中c(NaOH)=c(OH-)=10-3mol·L-1,而pH=3的CH3COOH溶液中[H+]=10-3mol·L-1,c(CH3COOH)远远大于10-3mol·L-1。
两者等体积混合后,形成CH3COOH与CH3COONa的混合液,且c(CH3COOH)远大于c(CH3COONa),溶液呈酸性,电荷守恒关系为[Na+]+[H+]=[CH3COO-]+[OH-],离子浓度大小顺序为[CH3COO-]>
[Na+]>[H+]>[OH-]。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
已知pH、体积的酸和碱混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
6.(2018·安徽黄山质检)已知:
室温下0.2mol·L-1的氨水与0.1mol·L-1的盐酸等体积混合后溶液显碱性(假设混合以后溶液体积不变),则混合溶液中的下列关系不正确的是( )
A.[NH
]>[OH-]>[Cl-]>[H+]
B.[NH
]+[H+]=[OH-]+[Cl-]
C.[NH
]+[NH3·H2O]=0.1mol·L-1
D.[NH
]+2[H+]=[NH3·H2O]+2[OH-]
[答案] A
[解析] 室温下0.2mol·L-1的氨水与0.1mol·L-1的盐酸等体积混合得到等浓度的NH3·H2O和氯化铵的混合溶液,溶液呈碱性,说明NH3·H2O的电离程度大于氯化铵的水解程度,所以[NH
]>[Cl-]>[OH-]>[H+],故A错误;根据电荷守恒可得[NH
]+[H+]=[OH-]+[Cl-],故B正确;根据物料守恒可得,[NH
]+[NH3·H2O]=0.1mol·L-1,故C正确;根据[NH
]+[H+]=[OH-]+[Cl-]、[NH
]+[NH3·H2O]=2[Cl-],可得[NH
]+2[H+]=[NH3·H2O]+2[OH-],故D正确。
考点
混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
题点
已知浓度、体积的酸和碱混合溶液中粒子浓度大小的比较与判断
7.某二元酸(化学式用H2B表示)在水中的电离方程式是H2B==H++HB-;HB-H++B2-。
回答下列问题。
(1)Na2B溶液显________(填“酸性”“中性”或“碱性”),理由是___________________(用离子方程式表示)。
(2)在0.1mol·L-1的Na2B溶液中,下列粒子浓度关系式正确的是________(填字母)。
A.[B2-]+[HB-]+[H2B]=0.1mol·L-1
B.[Na+]+[OH-]=[H+]+[HB-]
C.[Na+]+[H+]=[OH-]+[HB-]+2[B2-]
D.[Na+]=2[B2-]+2[HB-]
(3)已知0.1mol·L-1NaHB溶液的pH=2,0.1mol·L-1NaHB溶液中各种离子浓度由大到小的顺序是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[答案] (1
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