人教版 (2019)选择性必修1电离平衡第二课时导学案

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一、知识目标
1.理解电离平衡常数的定义，能正确书写一元弱酸、一元弱碱及多元弱酸的电离平衡常数表达式。
2.掌握电离平衡常数的计算方法，能根据给定数据计算弱电解质的电离平衡常数。
3.了解影响电离平衡常数大小的因素，能根据电离平衡常数判断弱酸（弱碱）的相对强弱、判断复分解反应能否发生、判断溶液中某些离子浓度的变化以及计算弱酸、弱碱溶液中的c(H+)和c(OH−)。
4.理解相同物质的量浓度、相同体积以及相同pH、相同体积的强酸（碱）与弱酸（碱）在与物质反应、加水稀释等方面的差异。
二、核心素养目标
1.宏观辨识与微观探析：通过分析不同弱电解质的电离平衡常数，从宏观上认识弱酸（弱碱）酸性（碱性）的相对强弱，从微观上理解弱电解质的电离过程和影响因素。
2.证据推理与模型认知：通过对电离平衡常数的计算和应用，建立分析弱电解质电离平衡的思维模型，培养逻辑推理和归纳总结能力。
3.科学探究与创新意识：通过实验探究和思考讨论，培养探究精神和创新思维，提高解决实际问题的能力。
一、学习重点
1.电离平衡常数表达式的书写。
2.影响电离平衡常数大小的因素。
3.电离平衡常数的应用。
4.强酸（碱）与弱酸（碱）的比较。
二、学习难点
1.电离平衡常数的应用。
2.强酸（碱）与弱酸（碱）在不同条件下性质差异的理解。
一、电离平衡常数
1．概念
在一定条件下，当弱电解质的电离达到平衡时，溶液里各组分的浓度之间存在一定的关系。对于一元弱酸或一元弱碱来说，溶液中弱电解质电离所生成的 ，与溶液中 之比是一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数，用K表示。
2．电离平衡常数的表示方法
AB⇌A＋＋B－ K＝eq \f(cA＋·cB－,cAB)。
（1）一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如：CH3COOH ⇌CH3COO－＋H＋Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)；
NH3·H2O⇌NHeq \\al(＋,4)＋OH－Kb＝eq \f(cNH\\al(＋,4)·cOH－,cNH3·H2O)。
（2）多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的，每步各有电离平衡常数，通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如，
H2CO3⇌H＋＋HCOeq \\al(－,3) Ka1＝eq \f(cHCO\\al(－,3)·cH＋,cH2CO3)；HCOeq \\al(－,3)⇌H＋＋COeq \\al(2－,3) Ka2＝eq \f(cH＋·cCO\\al(2－,3),cHCO\\al(－,3))。
多元弱酸各步电离常数的大小比较：Ka1≫Ka2，因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。由于多元弱碱为难溶碱，所以一般不用电离平衡常数，而用以后要学到的难溶物的溶度积常数。
3．意义
表示弱电解质的电离能力。一定温度下，K值越 ，弱电解质的电离程度越 ，酸(或碱)性越 。
4．电离常数的影响因素
（1）内因：同一温度下，不同的弱电解质的电离常数 ，说明电离常数首先由物质的 所决定。
（2）外因：对于同一弱电解质，电离平衡常数只与 有关，由于电离为 过程，所以电离平衡常数随 而增大。
5．电离常数的计算——三段式法
例：25 ℃ a ml·L－1的CH3COOH
CH3COOH⇌CH3COO－＋H＋
起始浓度/(ml·L－1) a 0 0
变化浓度/(ml·L－1) x x x
平衡浓度/(ml·L－1) a－x x x
则Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)＝eq \f(x2,a－x)≈eq \f(x2,a)。
6.电离度(α) α＝eq \f(已电离的分子数,弱电解质分子总数)
注意：温度越高电离度越大；稀释溶液，电离度变大。弱电解质电离程度相对大小的另一种参数。
二、强酸与弱酸的比较
1．实验探究：CH3COOH与H2CO3酸性强弱比较
2.思考与讨论：镁条与等浓度、等体积的盐酸、醋酸的反应
向两个锥形瓶中各加入0.05 g镁条，盖紧橡胶塞，然后用注射器分别注入2 mL 2 ml·L－1盐酸、2 mL 2 ml·L－1醋酸，测得锥形瓶内气体的压强随时间的变化如图所示：
由上述图像分析两种反应的反应速率的变化情况
（一）问题探究
1.阅读教材 57 页，思考如何定量地表示弱电解质电离程度的大小？
2.结合教材和课堂内容，分析多元弱酸分步电离时，各步电离平衡常数的大小关系及原因。
（二）问题思考
1.对于一元弱酸HA，若已知其电离方程式为HA⇌A−+H+，在某温度下达到电离平衡时，c(H+)=1×10−3ml/L，c(A−)=1×10−3ml/L，c(HA)=0.1ml/L，求该温度下HA的电离常数Ka。
2.已知25∘C时，H2CO3的Ka1=4.50×10−7，H2SO3的Ka1=1.54×10−2，比较H2CO3和H2SO3的酸性强弱，并说明理由。
（三）归纳总结
1.分析相同温度下不同一元弱酸的电离常数，总结影响电离常数大小的因素。
2.总结相同物质的量浓度、相同体积的强酸（碱）与弱酸（碱）在与物质反应时的差异。
1.下列关于电离平衡常数(K)的说法中正确的是 ()
A. 相同条件下，电离平衡常数(K)越小，表示弱电解质电离能力越弱
B. 电离平衡常数(K)与温度无关
C. 相同温度下，不同浓度的同一弱电解质，其电离平衡常数(K)不同
D. 多元弱酸各步电离平衡常数大小关系为K(a1)H₃PO₂
B. 反应H₃PO₂ + CH₃COO⁻ == CH₃COOH + H₂PO₂⁻能够发生
C. 由电离常数可以判断，H₃PO₂属于强酸，HCN和CH₃COOH属于弱酸
D. 等物质的量浓度、等体积的三种酸溶液，与足量锌粉反应，H₃PO₂产生H₂最多
4.常温下,向两个锥形瓶中各加入0.05g镁条,塞紧橡胶塞,用注射器向其中一个锥形瓶中注入2mL1ml·L⁻¹草酸溶液(H₂C₂O₄的K(a₁)=5.0×10⁻²，K(a₂)=5.4×10⁻⁵)，向另一个锥形瓶中注入2mL2ml·L⁻¹CH₃COOH溶液(CH₃COOH的Ka = 1.8×10⁻⁵)，分别测得两个锥形瓶内气体的压强随时间的变化如图所示。下列说法正确的是()
A. 曲线②表示醋酸与镁条的反应
B. 当反应停止时，醋酸产生的气体比草酸产生的气体多
C. 反应结束，草酸所耗时间比醋酸所耗时间短
D. 草酸的电离方程式为H₂C₂O₄⇌2H⁺ + C₂O₄²⁻
5.常温下，分别向体积相同、浓度均为1ml·L⁻¹的HA、HB两种弱酸溶液中不断加水稀释，酸溶液的1/2pH与酸溶液浓度的对数(lgc)的关系如图。下列对该过程相关分析正确的是()
A. HB的电离常数(Ka)数量级为10⁻³
B. 酸性：HA>HB
C. 加水稀释过程中，HA的电离常数减小
D. 常温下，当lgc=-7时，两种酸溶液的pH均为7
一、电离平衡常数
1．概念
在一定条件下，当弱电解质的电离达到平衡时，溶液里各组分的浓度之间存在一定的关系。对于一元弱酸或一元弱碱来说，溶液中弱电解质电离所生成的各种离子浓度的乘积，与溶液中未电离分子的浓度之比是一个常数，这个常数叫做电离平衡常数，简称电离常数，通常用Ka、Kb分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数。
2．电离平衡常数的表示方法
（1）一元弱酸、一元弱碱的电离平衡常数
例如：CH3COOH⇌CH3COO－＋H＋ Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)；
NH3·H2O⇌NHeq \\al(＋,4)＋OH－ Kb＝eq \f(cNH\\al(＋,4)·cOH－,cNH3·H2O)。
（2）多元弱酸、多元弱碱的电离平衡常数
多元弱酸的电离是分步进行的，每一步电离都有电离平衡常数，通常用Ka1、Ka2等来分别表示。例如，
H2CO3⇌H＋＋HCOeq \\al(－,3)Ka1＝eq \f(cHCO\\al(－,3)·cH＋,cH2CO3)；
HCOeq \\al(－,3)⇌H＋＋COeq \\al(2－,3)Ka2＝eq \f(cH＋·cCO\\al(2－,3),cHCO\\al(－,3))。
多元弱酸各步电离常数的大小比较：Ka1≫Ka2，因此，多元弱酸的酸性主要由第一步电离决定。
注意 一般多元弱碱为难溶碱，不用电离平衡常数，以后要学到难溶物的溶度积常数。
3．意义
表示弱电解质的电离能力。一定温度下，K越大，弱电解质的电离程度越大，酸(或碱)性越强。
4．电离常数的影响因素
（1）内因：同一温度下，不同弱电解质的电离常数不同，说明电离常数首先由弱电解质的性质所决定。
（2）外因：对于同一弱电解质，电离平衡常数只与温度有关，由于电离为吸热过程，所以电离平衡常数随温度升高而增大。
二、电离常数的计算和应用
1．电离常数的计算——三段式法
例：25 ℃ a ml·L－1的CH3COOH
CH3COOHCH3COO－＋H＋
起始浓度/(ml·L－1) a 0 0
变化浓度/(ml·L－1) x x x
平衡浓度/(ml·L－1) a－x x x
则Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)＝eq \f(x2,a－x)≈eq \f(x2,a)。
注意：由于弱电解质的电离程度比较小，平衡时弱电解质的浓度为(a－x) ml·L－1，一般近似为a ml·L－1。
2．电离平衡常数的应用
（1）根据电离平衡常数可以判断弱酸(或弱碱)的相对强弱，相同条件下，电离平衡常数越大，酸性(或碱性)越强。
（2）根据电离平衡常数可以判断盐与酸(或碱)反应是否发生，相同条件下相对强的酸(或碱)可以制相对弱的酸(或碱)。
（3）根据浓度商Q与电离平衡常数K的相对大小判断电离平衡的移动方向。
（4）根据电离平衡常数判断溶液中微粒浓度比值的变化情况。
如0.1 ml·L－1 CH3COOH溶液加水稀释，eq \f(cCH3COO－,cCH3COOH)＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH·cH＋)＝eq \f(Ka,cH＋)，加水稀释时，c(H＋)减小，Ka不变，则eq \f(cCH3COO－,cCH3COOH)增大。
3．电离度(α)
α＝eq \f(已电离的弱电解质浓度,弱电解质的起始浓度)×100%或α＝eq \f(已电离的弱电解质分子数,弱电解质的起始分子数)×100%
（1）意义：表示弱电解质的电离程度，同一弱电解质电离度越大，电离程度越大。
（2）电离度的影响因素
注意：电离度与化学平衡的转化率类似。
三、强酸与弱酸的比较
1．相同体积、相同物质的量浓度的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
2.相同体积、相同c(H＋)的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较
考点一 电离常数的概念及表达式
1．下列关于电离常数的说法正确的是( )
A．Ka大的酸溶液中c(H＋)一定比Ka小的酸溶液中的c(H＋)大
B．CH3COOH的电离常数表达式为Ka＝eq \f(cCH3COOH,cH＋·cCH3COO－)
C．向CH3COOH溶液中加入少量CH3COONa固体，电离常数减小
D．电离常数只与温度有关，与浓度无关
2．已知25 ℃下，CH3COOH溶液中各微粒的浓度存在以下关系：Ka＝eq \f(cCH3COO－·cH＋,cCH3COOH)＝1.75×10－5。下列有关结论可能成立的是( )
A．25 ℃下，向该溶液中加入一定量的盐酸时，Ka＝8×10－5
B．25 ℃下，向该溶液中加入一定量的氢氧化钠时，Ka＝2×10－4
C．标准状况下，醋酸中Ka＝1.75×10－5
D．升高到一定温度，Ka＝7.2×10－5
3．25 ℃时，0.10 ml·L－1 HA溶液中有1%的HA电离，则HA的电离平衡常数Ka为________。
4．已知T ℃时，CH3COOH的Ka＝1.75×10－5。
（1）当向醋酸中加入一定量的盐酸时，CH3COOH的电离常数__________(填“变大”或“变小”或“不变”)，理由是_________________________________________________。
（2）T ℃时，将该溶液加水稀释10倍，则CH3COOH的Ka＝__________。
5．已知：25 ℃时，下列四种弱酸的电离常数：
（1）试比较相同浓度的CH3COOH、HNO2、HCN、H2CO3溶液的酸性强弱。
（2）向HNO2溶液中加入一定量的盐酸时，HNO2的电离平衡向哪个方向移动？此时HNO2的电离常数是否发生变化？为什么？
（3）判断反应NaNO2＋CH3COOH===CH3COONa＋HNO2是否正确？向NaCN溶液中通入少量CO2，反应能否进行？若能进行，写出反应的化学方程式。
考点二 电离平衡常数和电离度
1．下列说法正确的是( )
A．向浓度为0.1 ml·L－1 CH3COOH溶液中加冰醋酸，则eq \f(cCH3COO－,cCH3COOH)增大
B．浓度为0.1 ml·L－1 CH3COOH溶液，升高温度，平衡正向移动，醋酸的电离程度增大
C．浓度为0.1 ml·L－1 H2SO3溶液，加水稀释，亚硫酸的电离程度增大，SOeq \\al(2－,3)浓度也增大
D．向浓度为0.1 ml·L－1 H2SO3溶液中通入少量氯气，pH会增大
2．下列曲线中，可以描述乙酸(甲，Ka＝1.8×10－5)和一氯乙酸(乙，Ka＝1.4×10－3)在水中的电离程度和浓度关系的是( )
3．相同温度下，三种酸的电离平衡常数如表所示，下列判断正确的是( )
A.三种酸的强弱关系：HX>HY>HZ
B．反应HZ＋Y－===HY＋Z－不能发生
C．由电离平衡常数可以判断：HZ属于强酸，HX和HY属于弱酸
D．相同温度下，1 ml·L－1 HX溶液的电离平衡常数等于0.1 ml·L－1 HX溶液的电离平衡常数
4．常温下，对下列两组溶液的判断错误的是( )
A.醋酸的电离程度：①②
C．醋酸的电离平衡常数：①＝②
D．若V2＝10V1，中和NaOH的能力：①＝②
5.在一定温度下，已知b ml·L－1的一元弱酸HA溶液中，电离度为α，电离平衡常数为Ka，试推导b、α、Ka三者之间关系：________________。
6．弱酸、弱碱的电离程度可以分别用它们的电离常数(Ka、Kb)或电离度(α)表示，请根据下列情景列式计算。
（1）乙酰水杨酸是一种一元弱酸(可用HA表示)，在一定温度下，0.1 ml·L－1的乙酰水杨酸的水溶液中，乙酰水杨酸的电离常数Ka为3.4×10－4，求该酸的电离度为______。
（2）已知在25 ℃时，1 ml·L－1氨水中NH3·H2O的电离度为0.42%，求NH3·H2O的电离常数Kb＝__________。
考点三 强酸和弱酸的比较
1．下列关于盐酸与醋酸两种稀溶液的说法正确的是( )
A．相同浓度的两溶液中c(H＋)相同
B．100 mL 0.1 ml·L－1的两溶液能中和等物质的量的氢氧化钠
C．c(H＋)＝10－3 ml·L－1的两溶液稀释100倍，c(H＋)均为10－5 ml·L－1
D．向两溶液中分别加入少量对应的钠盐，c(H＋)均明显减小
2．相同体积、相同c(H＋)的某一元强酸溶液①和某一元弱酸溶液②分别与足量的锌粉发生反应，下列关于产生氢气的体积(V)随时间(t)变化的示意图正确的是( )
3.某温度下，等体积、c(H＋)相同的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释，溶液中的c(H＋)随溶液体积变化的曲线如图所示。据图判断下列说法正确的是( )
A．曲线Ⅱ表示的是盐酸的变化曲线
B．b点溶液的导电能力比c点溶液的导电能力强
C．取等体积的a点、b点对应的溶液，消耗NaOH的量相同
D．b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
4．在体积都为1 L，c(H＋)都为0.01 ml·L－1的盐酸和醋酸溶液中，投入0.65 g锌粒，则下列图示符合客观事实的是( )
5．对室温下c(H＋)相同、体积相同的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施后，有关叙述正确的是( )
A．加适量的醋酸钠晶体后，两溶液的c(H＋)均减小
B．使温度升高20 ℃后，两溶液的c(H＋)均不变
C．加水稀释两倍后，两溶液的c(H＋)均增大
D．加足量的锌充分反应后，两溶液产生的氢气一样多
6．在a、b两支试管中分别装入形态相同、质量相等的一颗锌粒(锌足量)，然后向两支试管中分别加入相同物质的量浓度、相同体积的稀盐酸和稀醋酸。填写下列空白：
（1）a、b两支试管中的现象：
相同点是_______________________________________________________________________，
不同点是__________________________，原因是______________________________________。
（2）a、b两支试管中生成气体的体积开始时是V(a)____(填“大于”“小于”或“等于”，下同)V(b)，反应完毕后生成气体的总体积是V(a)____V(b)，原因是________________________________。
（3）若a、b两支试管中分别加入c(H＋)相同、体积相同的稀盐酸和稀醋酸，则a、b两支试管中开始生成气体的速率v(a)________v(b)，反应完毕后生成气体的总体积是V(a)________V(b)。原因是_______________________________________________________。
考点四 弱酸溶液离子浓度比值变化的判断
1．将浓度为0.1 ml·L－1 HF溶液加水不断稀释，下列各量始终保持增大的是( )
A．c(H＋) B．Ka(HF)
C.eq \f(cF－,cH＋) D.eq \f(cH＋,cHF)
2．在25 ℃时，用蒸馏水稀释1 ml·L－1氨水至0.01 ml·L－1，随溶液的稀释，下列各项中始终保持增大趋势的是( )
A.eq \f(cOH－,cNH3·H2O) B.eq \f(cNH\\al(＋,4),cOH－)
C.eq \f(cNH3·H2O,cNH\\al(＋,4)) D．c(OH－)
实验操作
实验现象
有 产生
实验结论
CH3COOH酸性 碳酸
Ka大小比较
Ka(CH3COOH) Ka1(H2CO3)
宏观辨识
微观探析
反应
初期
盐酸的反应速率比醋酸
盐酸是强酸， 电离，醋酸是弱酸， 电离，同浓度的盐酸和醋酸，盐酸中的c(H＋) ，因而反应速率 。
反应
过程中
盐酸的反应速率始终比醋酸 ，盐酸的反应速率减小 ，醋酸的反应速率减小 。
醋酸中存在电离平衡，随反应的进行，电离平衡 ，消耗的氢离子能及时 ，所以一段时间速率变化不明显
最终
二者产生的氢气的量基本 ，速率几乎都变为 。
镁条稍微过量，两种酸的物质的量相同，随醋酸电离，平衡正向移动，醋酸几乎 ，最终二者与镁条反应的氢离子的物质的量几乎 ，因而产生的H2的量几乎 。
两种酸都几乎消耗完全，反应停止，因而反应速率几乎 。
酸
HCN
CH3COOH
H3PO2
电离常数
5×10-10
1.75×10-5
5.9×10-2
酸
HCN
CH₃COOH
H₃PO₂
电离常数
5×10⁻¹⁰
1.75×10⁻⁵
5.9×10⁻²
比较项目
酸
c(H＋)
酸性
中和碱的能力
与足量活泼金属反应产生H2的总量
与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸
大
强
相同
相同
大
一元弱酸
小
弱
小
比较项目
酸
c(H＋)
酸性
中和碱的能力
与足量活泼金属反应产生H2的总量
与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸
相同
相同
小
少
相同
一元弱酸
大
多
CH3COOH
HNO2
HCN
H2CO3
电离常数
1.75×10－5
5.6×10－4
6.2×10－10
Ka1＝4.5×10－7
Ka2＝4.7×10－11
酸
HX
HY
HZ
电离平衡常数Ka
9×10－7
9×10－6
1×10－2
组别
浓度
体积
①
0.1 ml·L－1醋酸
V1 L
②
0.01 ml·L－1醋酸
V2 L