师:同学们好,今天我们来复习第三章“物质在水中的行为”。本章共4节,概括为五部分:一、认识水溶液;二、弱电解质的电离平衡;三、盐类电解质的水解平衡;四、难溶电解质的沉淀溶解平衡;五、水溶液中的离子反应。下面复习第一部分“认识水溶液”。这一部分又概括为三部分:水的离子积、溶液酸碱性的判断、溶液pH的计算。先来复习水的离子积。
我们知道,水的离子积$K_W$与温度有关,温度变化,$K_W$也会变化。常用的$K_W = 10^{-14} (mol/L)^2$,这是仅在常温下适用的,其他温度不适用。而且,$K_W$不仅适用于纯水中,也适用于任何酸碱性的稀溶液。
我们知道水是中性的,那么水中融入电解质后,溶液的酸碱性如何判断呢?这里介绍两个标准,一个是任何温度下的通用标准,一个是常温下的pH标准。在任何温度下,通过比较溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度的相对大小来判断:如果溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度,溶液显酸性;氢离子浓度等于氢氧根离子浓度,溶液显中性;氢离子浓度小于氢氧根离子浓度,溶液显碱性。常温下的pH标准是通过比较pH与7的大小:pH小于7,显酸性;pH等于7,显中性;pH大于7,显碱性。由此可见,溶液pH的计算非常重要。
下面我们来看一下如何计算溶液pH,分析有关溶液pH计算的方法。首先要掌握pH的公式:$pH = - \log_{10} [H^+]$。具体计算pH值时,按照“酸找氢离子,碱找氢氧根”的方法,这里概括为两种题型。酸性溶液,不管是酸的单一溶液还是酸的混合溶液,都是先找氢离子浓度,然后算pH值。碱性溶液,不管是碱的单一溶液还是碱的混合溶液,都是先找溶液中总氢氧根离子浓度,然后通过$K_W$找出溶液的总氢离子浓度,再算pH。
下面我们举例子。有这样一道题,第一问,0.005mol/L的稀硫酸的pH等于多少?第二问,0.01mol/L的氢氧化钠溶液pH是多少?按照“酸找氢离子”,先算出稀硫酸中氢离子浓度是0.01mol/L,根据公式$pH = - \log_{10} [H^+]$,可得$pH = 2$。对于0.01mol/L的氢氧化钠溶液,先求氢氧根离子浓度等于0.01mol/L。由于这里是100℃,$K_W = 1×10^{-12}$,所以这时候计算出溶液中的总氢离子浓度等于$10^{-10}mol/L$,则$pH = 10$。
至此,第一部分已经复习完毕,下面复习第二部分“弱电解质的电离平衡”。我们从三个角度复习:电离平衡常数、电离度、影响电离平衡的因素。首先复习电离平衡常数。
我们知道,弱电解质在水溶液中存在电离平衡,当弱电解质分子电离成离子的速率和离子结合成分子的速率相等时,就认为弱电解质在溶液中达到了电离平衡。在电离平衡时,已电离的离子浓度乘积与未电离的弱电解质分子浓度的比值叫做电离平衡常数,一般用$K_a$(弱酸)或$K_b$(弱碱)表示。例如,用$HA$表示弱酸,$BOH$表示弱碱,它们的电离平衡常数可以表示为:$K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$,$K_b = \frac{[B^+][OH^-]}{[BOH]}$。电离平衡常数有什么意义呢?可以这样概括:相同条件下,$K$值越大,表示弱电解质电离程度越大,相应弱酸的酸性越强,或者相应弱碱的碱性越强。
这里我们重点复习一下多元弱酸和多元弱碱的电离。教材上列举了磷酸溶液分三步电离,其电离平衡常数逐渐减小,$K_{a1} \gg K_{a2} \gg K_{a3}$。因此我们得出,多元弱酸是分步电离,逐步变难,以第一步为主。而多元弱碱由于电离过程复杂,通常一步写出,例如氢氧化铁电离:$Fe(OH)_3 ? Fe^{3 + } + 3OH^ - $。好,有关电离平衡常数复习完了,下面复习第二个内容——电离度。
电离度是另外一个用来衡量弱电解质在溶液中电离程度大小的物理量。电离度和电离平衡常数一样,都可以表示弱电解质在水中的电离能力。当弱电解质在溶液中达到电离平衡时,已电离的弱电解质分子数占原来弱电解质分子总数的百分数叫电离度,用$\alpha$表示,一般计算时用浓度表示,具体表示为:$\alpha = \frac{已电离的弱电解质浓度}{弱电解质的初始浓度}×100%$ 。同样,电离平衡常数和电离度都可以衡量弱电解质在水溶液中电离程度的大小。那么影响电离平衡的因素有哪些呢?这里概括有两个方面:内因和外因。
内因是弱电解质的本性,电解质越弱,越难电离。外因包括温度、浓度、同离子效应、反应效应。温度方面,弱电解质电离是吸热过程,温度越高,促进电离,即“越热越电离”。浓度方面,弱电解质的浓度越大,电离程度越小;弱电解质浓度越小,电离程度越大,称为“越稀越电离”。同离子效应是指在弱电解质溶液中加入与弱电解质电离出相同离子的强电解质,会抑制弱电解质的电离,例如向醋酸溶液中加入醋酸钠,由于醋酸根离子浓度增大,使得醋酸电离向逆方向移动受到抑制。反应效应是指在弱电解质溶液中加入与弱电解质电离出的离子能发生反应的物质,可以促进弱电解质电离,例如醋酸溶液中加入金属钠或氢氧化钠,会与醋酸电离出的氢离子反应,促进醋酸电离。至此,有关弱电解质电离平衡三方面已复习完毕。下面看这样一道例题。
弱电解质冰醋酸加水溶解不断稀释,导电能力随体积有这样的变化关系。有两问,第一问,比较a、b、c三点对应溶液的pH值由大到小顺序是什么?我们知道,导电能力与溶液中离子浓度有关系,导电能力越强,溶液中离子浓度越大。从导电能力来看,$b > c > a$,即溶液中的氢离子浓度$b > c > a$,所以得出pH值:$a > c > b$。
第二问,a、b、c三点,电离度最大的是哪一个?要注意,电离程度与浓度有关系,“越稀越电离”,因为c点加水最多,所以c点电离度最大。电离平衡常数受温度影响,由于a、b、c三点在一定温度下,温度相同,所以这三点的电离平衡常数相等。至此,第二部分复习完毕,下面复习第三部分“盐类水解的平衡”。
关于这部分,我们从三个角度复习:盐类水解原理、盐类水解的影响因素、盐类水解的应用。首先复习盐类水解的定义、条件、实质和特点。
盐类水解就是盐电离出的离子与水电离出的氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质的反应。盐要水解需满足两个条件:盐必须能溶于水,盐中必须有弱离子,总结为“有弱才水解”。盐类水解实质上是生成弱电解质,一般是弱酸或弱碱,促进了水的电离。盐类水解生成酸和碱,因此是中和反应的逆反应,存在水解平衡。同样,盐类水解方程式的书写也是我们重点掌握的,对于常见阳离子、常见阴离子水解,同学们一定要掌握,这里重点强调一下多元弱酸根离子和多元弱碱阳离子是如何水解的。
以碳酸根离子为例,碳酸根离子分步水解,逐步变难,以第一步为主,所以总结为多元弱酸根离子也是分步水解,第一步为主。多元弱碱阳离子由于水解复杂,一般一步写出,例如三价铁离子水解:$Fe^{3 + } + 3H_2O ? Fe(OH)_3 + 3H^ + $ 。复习了盐类水解的有关概念,现在复习盐类水解的规律,可以总结为这样五句话:有弱才水解,无弱不水解;谁弱谁水解,谁强显谁性,都强显中性。
也就是说,水溶液显酸碱性是由强碱弱酸盐或强酸弱碱盐中“弱”的一方决定。如果是强酸强碱盐,不水解,溶液显中性。具体可以用三句话概括:强酸弱碱盐溶液显酸性,强碱弱酸盐溶液显碱性,强酸强碱盐溶液显中性。同步思考,我们这里没有复习弱酸弱碱盐溶液的酸碱性,那么弱酸弱碱盐是如何水解的,溶液酸碱性如何判断呢?作为课后研讨大家思考。我们知道盐分正盐和酸式盐,前面复习了正盐的水解规律,那么酸式盐水解有什么规律呢?多元强酸的酸式盐只电离不水解,溶液显酸性,像硫酸氢钠溶液显酸性。
