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高中化学 · 电离平衡专题弱电解质的电离平衡: 一个 ⇄,两个速率,四类影响因素

高中化学 · 电离平衡专题弱电解质的电离平衡: 一个 ⇄,两个速率,四类影响因素

盐酸一进水就“全交底”,醋酸却只肯电离一点点。为什么同样是酸,强弱差这么多?更让人头疼的是:稀释明明促进电离,c(H+) 却变小;升温、加同离子、加碱,平衡又各往一边跑。这篇把弱电解质的电离平衡拆成 4 个考点,配 5 张信息图、1 份方法清单和 12 道课后题,化学式全部按教材结构书写,可以直接对照复习。

高中化学 · 选择性必修1|全文约 4900 字|建议阅读 12 分钟

01电离平衡状态:抓住“相等”,别把平衡当停止

在一定条件(如温度、浓度)下,弱电解质分子电离成离子的速率,与离子结合成弱电解质分子的速率相等,溶液中各分子和离子的浓度都不再发生变化,这时电离过程就达到了电离平衡状态。

这句话里藏着三个关键词:前提、标志、结果。前提是弱电解质、部分电离、过程可逆;标志是 v(电离)=v(结合),而不是等于 0;结果是各微粒浓度不变,但电离和结合仍在进行。

◆ 三个关键词,一次记牢

·前提:弱电解质,部分电离,过程可逆。

·标志:v(电离)=v(结合)≠0,动态平衡。

·结果:各分子、离子浓度不变,反应没有停止。

所以,电离平衡属于动态平衡。它和化学平衡遵循同一套逻辑:条件不变,平衡不动;条件改变,平衡就向减弱这种改变的方向移动。

CH3COOH ⇄ CH3COO− + H+

醋酸的电离是可逆的:分子既能电离,离子也能重新结合。

这也解释了一个常见误区:弱电解质“部分电离”,不是“先电离一部分,剩下的永远不动”,而是电离与结合同时进行,最终两个方向的速率相等。

电离平衡有五个特征,可以记成“逆、等、动、定、变”:

·逆:弱电解质的电离是可逆过程。

·等:v(电离)=v(结合)≠0。

·动:平衡是动态的,微粒仍在不断电离、结合。

·定:平衡时各分子、离子的浓度保持不变。

·变:温度、浓度等条件改变,平衡会发生移动。

电离平衡是“等速”,不是“停止”。

02建立过程:一张速率—时间图,看懂“从不等变相等”

把少量醋酸溶于水,刚开始时,溶液里的变化是“一边倒”的:

·醋酸分子浓度最大,v(电离) 最大;

·溶液中几乎没有 CH3COO− 和 H+,v(结合) 为 0。

随着电离进行,CH3COOH 减少,v(电离) 逐渐减小;同时 CH3COO−、H+ 增多,v(结合) 逐渐增大。两条曲线在 t1 时刻相交:

v(电离) = v(结合)

此后,两者的速率保持相等,CH3COOH、CH3COO−、H+ 的浓度都不再变化,电离平衡建立。注意:曲线平了,不代表反应停了;此时 v(电离)=v(结合)≠0,正、逆两个方向仍在等速进行。

三个阶段可以概括为:起始“一边倒” → 过程“追上来” → 平衡“并排跑”。

电离速率从大到小,结合速率从小到大,t₁ 时两者相等,此后保持不变。

还有一点容易错:速率相等,不等于浓度相等。平衡时 c(CH3COOH)、c(CH3COO−)、c(H+) 各是多少,取决于起始浓度和电离程度,不能想当然写成 1∶1∶1。

03电离方程式:=== 还是 ⇄,一条线划清楚

写电离方程式的第一判断,不是“酸还是碱”,而是“强还是弱”。强电解质完全电离,用“===”;弱电解质部分电离,用“⇄”。这一步错了,后面全错。

▍强电解质:一步写到底

NaCl === Na+ + Cl−

HCl === H+ + Cl−

NaHSO4 === Na+ + H+ + SO42−(水溶液中)

强酸酸式盐在水溶液中完全电离,HSO4− 也要拆成 H+ 和 SO42−。

▍弱电解质:可逆号不能丢

CH3COOH ⇄ CH3COO− + H+

NH3·H2O ⇄ NH4+ + OH−

H2O ⇄ H+ + OH−

弱酸、弱碱、水,都是部分电离,一律用“⇄”。弱酸的酸式根(如 HCO3−、HSO3−)在盐的电离方程式中不再拆开:

NaHCO3 === Na+ + HCO3−

▍多元弱酸分步写,多元弱碱一步写

H2CO3⇄ H+ + HCO3−(第一步,为主)

HCO3−⇄ H+ + CO32−(第二步,很弱)

多元弱酸要分步书写,第一步电离程度远大于第二步,所以酸性主要由第一步决定;多元弱碱(如 Al(OH)3、Fe(OH)3)通常一步写出:

Al(OH)3⇄ Al3+ + 3OH−

◆ 写方程式的 4 个“不”

·强弱不混:弱电解质不写“===”。

·多元不乱:弱酸分步、弱碱一步。

·酸式根不硬拆:在盐的电离方程式中,HCO3− 整体保留。

·气体、沉淀符号不乱标:电离方程式不标“↑”“↓”。

写完养成两个检查:原子守恒、电荷守恒。比如 H2CO3 的第一步,左边 2 个 H、1 个 C、3 个 O,右边也是;电荷左边为 0,右边 (+1)+(−1)=0。

先判强弱,再定符号;再看元数,决定分步还是一步。

04四类影响因素:升温、稀释、同离子、反应

电离平衡也遵守勒夏特列原理。判断移动方向,先找“谁变了”,再看它让 v(电离) 和 v(结合) 谁占上风。常考的就四类。

▍① 温度:升温向电离方向

弱电解质的电离一般是吸热过程。升高温度,平衡向电离方向移动,电离程度增大。对醋酸来说,c(H+) 增大、pH 减小;对氨水来说,c(OH−) 增大、pH 增大。

▍② 浓度:稀释促进电离,但离子浓度反而减小

一定温度下,同一弱电解质溶液,浓度越小,离子相互碰撞结合成分子的机会越小,电离程度越大。注意这里的“浓度”指溶液浓度,稀释时体积变大。

◆ 稀释的双结论

·电离程度 ↑:加水稀释,平衡向电离方向移动。

·c(H+) ↓:n(H+) 虽然增大,但溶液体积增大得更快,c(H+)=n/V 仍减小;pH 增大,导电能力减弱。

这是选择题最爱设的坑:“稀释促进电离”与“c(H+) 增大”不能同时成立。

▍③ 同离子效应:加入相同离子,平衡往回走

向醋酸溶液中加入 CH3COONa 固体,CH3COO− 浓度增大,平衡向结合成 CH3COOH 的方向移动,电离程度减小,c(H+) 减小、pH 增大。

同理,向氨水中加入 NH4Cl 固体,c(NH4+) 增大,平衡逆向移动,c(OH−) 减小、pH 减小。

▍④ 化学反应:消耗离子,平衡向电离方向

加入能与电离出的离子反应的物质,离子被消耗,平衡向电离方向移动。比如向醋酸中加入 NaOH 固体,OH− 消耗 H+;加入锌粒,Zn 与 H+ 反应放出 H2,都会使醋酸的电离程度增大。

但要注意:外加 NaOH 时,虽然促进醋酸电离,溶液中的 OH− 浓度仍由外加的 NaOH 决定,c(OH−) 增大,pH 增大。判断“浓度”时,要分清是“平衡移动产生的”还是“外加的”。

四类条件改变对电离平衡、电离程度和离子浓度的影响(以醋酸为例)。

▍加餐:电离平衡常数 Ka

一定温度下,弱电解质电离达到平衡时,生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值是一个常数,叫电离平衡常数,用 Ka 表示(弱碱用 Kb)。

Ka = c(H+)·c(CH3COO−) / c(CH3COOH)

Ka 只随温度变化,与浓度无关;Ka 越大,电离程度越大,酸性越强。比较酸性强弱时,同温下看 Ka,不要只看溶液浓度。

05方法总结:一个前提、两个方向、三看、四因素

这一节的知识点不难,难在“条件一变就乱”。用下面这张清单,把判断步骤固定下来:

·一个前提:弱电解质、部分电离、可逆过程。看到“完全电离”先排除。

·两个方向:电离方向(正向,程度增大)与结合方向(逆向,程度减小)。

·三看之一,看方程式:强弱定“===/⇄”,元数定“分步/一步”,酸式根定“拆/不拆”。

·三看之二,看平衡:v(电离)=v(结合)≠0,浓度不变,反应未停。

·三看之三,看移动:先找唯一变量,再判断它对两个速率的影响。

·四因素:温度、浓度、同离子、化学反应。

再把“程度”和“浓度”分开记,四句话就够:

·升温:程度 ↑,c(H+) ↑。

·稀释:程度 ↑,c(H+) ↓。

·加同离子(CH3COONa):程度 ↓,c(H+) ↓。

·消耗 H+(加碱、加锌):程度 ↑,c(H+) ↓。

记忆口诀

升温稀释向电离,同离子来向回移;

消耗离子向电离,程度浓度要分清。

判断电离平衡移动的固定流程:先找变量,再看方向,最后分“程度”和“浓度”。

06课后习题:5 选择+4 填空+2 简答+1 方程式(附解析)

先独立完成,再对照答案。选择题重点看“错项为什么错”,简答题重点看“因果链是否完整”。

▍一、选择题

1. 关于电离平衡状态,下列说法正确的是( )

A. 达到电离平衡时,弱电解质分子不再电离

B. 达到电离平衡时,v(电离)=v(结合)=0

C. 电离平衡是动态平衡,各微粒的浓度保持不变

D. 升高温度,弱电解质的电离程度一定减小

【答案】C

【解析】电离平衡时电离与结合仍在进行,v(电离)=v(结合)≠0,A、B 错;平衡时各微粒浓度不变,C 对;弱电解质电离一般吸热,升温通常使电离程度增大,D 错。

2. 下列电离方程式书写正确的是( )

A. CH3COOH === CH3COO− + H+

B. NaHSO4 === Na+ + H+ + SO42−

C. H2CO3⇄ 2H+ + CO32−

D. NH3·H2O === NH4+ + OH−

【答案】B

【解析】CH3COOH 是弱酸,应用“⇄”,A 错;NaHSO4 在水溶液中完全电离,B 对;H2CO3 是二元弱酸,应分步书写,不能一步写成 2H+,C 错;NH3·H2O 是弱碱,应用“⇄”,D 错。

3. 0.1 mol·L−1 CH3COOH 溶液加水稀释,下列量增大的是( )

A. c(H+)

B. c(CH3COO−)

C. 电离程度

D. 溶液导电能力

【答案】C

【解析】加水稀释促进醋酸电离,电离程度增大,C 对;但溶液体积增大,c(H+)、c(CH3COO−) 均减小,导电能力减弱,A、B、D 错。

4. 向 0.1 mol·L−1 CH3COOH 溶液中加入少量 CH3COONa 固体,下列说法正确的是( )

A. 电离平衡向电离方向移动

B. c(H+) 增大

C. 电离程度减小

D. 溶液的 pH 减小

【答案】C

【解析】CH3COONa 电离出 CH3COO−,使 c(CH3COO−) 增大,平衡向结合成 CH3COOH 的方向移动,电离程度减小,c(H+) 减小,pH 增大。A、B、D 错,C 对。

5. 向 0.1 mol·L−1 氨水中加入少量 NaOH 固体(忽略体积变化),下列说法正确的是( )

A. c(NH4+) 增大

B. 电离平衡向电离方向移动

C. c(OH−) 增大

D. 电离程度增大

【答案】C

【解析】加入 NaOH,c(OH−) 增大,同离子效应使 NH3·H2O 的电离平衡向结合方向移动,电离程度减小,c(NH4+) 减小;但外加 NaOH 使溶液中 c(OH−) 增大,pH 增大。A、B、D 错,C 对。

▍二、填空题

6. 在一定条件(如温度、浓度)下,弱电解质分子电离成离子的速率与________________相等,溶液中各分子和离子的________都不再发生变化,电离过程就达到了电离平衡状态。

【答案】离子结合成弱电解质分子的速率;浓度

【解析】抓住“速率相等、浓度不变”两个标志;平衡时反应并未停止。

7. 书写电离方程式时,强电解质用________,弱电解质用________;多元弱酸分步书写,以第________步为主;多元弱碱一般________写出;弱酸的酸式根(如 HCO3−)在盐的电离方程式中________。

【答案】===;⇄;一;一步;不拆开(整体保留)

【解析】强弱定符号,元数定步骤,酸式根看强弱决定拆不拆。

8. 25 ℃ 时,向 0.1 mol·L−1 CH3COOH 溶液中加水稀释,电离平衡向________方向移动,电离程度________,c(H+)________,pH________。

【答案】电离;增大;减小;增大

【解析】稀释促进电离;但体积增大占主导,c(H+) 减小,pH 增大。

9. 向 CH3COOH 溶液中加入少量 NaOH 固体,c(H+)________,电离平衡向________方向移动,电离程度________;若改为加入少量 CH3COONa 固体,电离平衡向________方向移动,c(H+)________。

【答案】减小;电离;增大;结合;减小

【解析】NaOH 消耗 H+,促进电离;CH3COONa 提供同离子 CH3COO−,抑制电离。

▍三、简答题

10. 稀释醋酸时,电离程度增大,为什么 c(H+) 反而减小?请从微粒数目和溶液体积两个角度解释。

【参考答案】

稀释使溶液中离子相互碰撞结合成分子的机会减少,电离平衡向电离方向移动,已电离的醋酸分子数增多,n(H+) 增大;但溶液体积也增大,且体积增大的影响更大,根据 c(H+)=n(H+)/V,c(H+) 最终减小。因此“电离程度增大”不等于“离子浓度增大”。

11. 用勒夏特列原理说明:① 升高温度;② 加入少量 CH3COONa 固体;③ 加入少量 NaOH 固体,分别使醋酸的电离平衡如何移动,电离程度如何变化。

【参考答案】

① 醋酸电离吸热,升温使平衡向电离方向移动,电离程度增大;② CH3COONa 提供同离子 CH3COO−,平衡向结合方向移动,电离程度减小;③ NaOH 消耗 H+,平衡向电离方向移动,电离程度增大。

▍四、方程式书写

12. 写出下列物质的电离方程式:

(1)NaHCO3(水溶液)

(2)H2CO3 的第一步电离

(3)Al(OH)3

【参考答案】

(1)NaHCO3 === Na+ + HCO3−

(2)H2CO3⇄ H+ + HCO3−

(3)Al(OH)3⇄ Al3+ + 3OH−

【解析】NaHCO3 是强电解质,完全电离,但 HCO3− 是弱酸酸式根,在 NaHCO3 的电离方程式中不再拆;H2CO3 是二元弱酸,第一步为主;Al(OH)3 是多元弱碱,通常一步写出。

写在最后

弱电解质的电离平衡,考来考去就三句话:方程式先判强弱,平衡状态看“速率相等”,条件改变先找“谁被改变”。把“程度”和“浓度”分开,把“平衡”和“停止”分开,这一节的坑就填平了。

如果这篇对你有帮助,点个“赞”和“在看”,转给正在被电离平衡折磨的同学。下一期我们讲“水的电离与溶液的 pH”,把 c(H+) 的计算一次理顺。

文中配图为AI教学示意图,化学式、实验现象与数据以教材为准。

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