解析:
选AC A项,由导电能力知c(H+):
b>a>c,故pH:
c>a>b,正确;B项,加水体积越大,越利于CH3COOH电离,故电离程度:
c>b>a,错误;C项,用湿润的pH试纸测量a处溶液的pH,相当于稀释a点溶液,c(H+)增大,pH偏小,正确;D项,a、b、c三点n(CH3COOH)相同,用NaOH溶液中和时消耗n(NaOH)相同,故消耗V(NaOH):
a=b=c,错误。
知识点二 电离度与电离常数
【考必备·清单】
1.电离度
(1)概念
在一定条件下的弱电解质达到电离平衡时,已经电离的电解质分子数占原电解质总数的百分比。
(2)表达式
α=
×100%
也可表示为α=
×100%
(3)影响因素
①浓度:
相同温度下,同一弱电解质,浓度越大,其电离度(a)越
。
②温度:
相同浓度下,同一弱电解质,温度越高,其电离度(a)越
。
(4)意义:
衡量弱电解质的电离程度,相同条件下(浓度、温度相同),不同弱电解质的电离度越大,弱电解质的电离程度越大。
2.电离常数
(1)概念:
在一定条件下,弱电解质在达到电离平衡时,溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积与溶液中未电离的分子浓度的比值是一个常数,这个常数叫做电离平衡常数,又称电离常数,用K(弱酸用Ka,弱碱用Kb)表示。
(2)表达式
一元弱酸HA
一元弱碱BOH
电离方程式
HA⇌H++A-
BOH⇌B++OH-
电离常数表达式
Ka=
Kb=
(3)意义
相同条件下,K值越大,表示该弱电解质越易电离,所对应酸或碱的酸性或碱性相对越强。
(4)特点
①电离常数只与温度有关,与电解质的浓度、酸碱性无关,由于电离过程是吸热的,故温度升高,K增大。
②多元弱酸是分步电离的,各级电离常数的大小关系是K1≫K2……,所以其酸性主要取决于第一步电离。
(5)电离常数的四大应用
①判断弱酸(或弱碱)的相对强弱,电离常数越大,酸性(或碱性)越强。
如常温下,CH3COOH的Ka=1.75×10-5,HClO的Ka=2.95×10-8,则酸性强弱为CH3COOH>HClO。
②判断盐溶液的酸性(或碱性)强弱
电离常数越大,对应的盐水解程度越小,盐溶液的碱性(或酸性)越弱,如醋酸:
K=1.75×10-5,次氯酸:
K=2.95×10-8,则同浓度的醋酸钠和次氯酸钠溶液的pH:
醋酸钠
次氯酸钠。
(填“>”“<”或“=”)
③判断反应能否发生或者判断产物是否正确
通过强酸制弱酸来判断。
如H2CO3:
Ka1=4.2×10-7,Ka2=5.6×10-11,苯酚(C6H5OH):
Ka=1.3×10-10,向苯酚钠(C6H5ONa)溶液中通入的CO2不论是少量还是过量,其化学方程式为C6H5ONa+CO2+H2O===C6H5OH+NaHCO3。
④判断溶液微粒浓度比值的变化
利用温度不变,电离常数不变来判断。
如把0.1mol·L-1CH3COOH溶液加水稀释,
=
=
,稀释时,c(H+)减小,Ka不变,则
变大。
3.电离度(α)与电离常数(Ka、Kb)之间的关系
(1)一元弱酸(以CH3COOH为例)
设常温下,浓度为cmol·L-1的醋酸的电离度为α
CH3COOHCH3COO-+H+
起始(mol·L-1)c00
转化(mol·L-1)c·αc·αc·α
平衡(mol·L-1)c-cα≈cc·αc·α
Ka=
=cα2、α=
,c(H+)=cα=
。
(2)一元弱碱(如NH3·H2O,电离常数为Kb)
同理可得:
Kb=cα2,c(OH-)=cα=
。
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)当弱电解质的浓度增大时,电离度增大( )
(2)在0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中,升高温度,电离度增大( )
(3)H2CO3的电离常数表达式:
Ka=
( )
(4)电离常数可以表示弱电解质的相对强弱( )
(5)不同浓度的同一弱电解质,其电离常数(K)不同( )
(6)电离平衡右移,电离常数一定增大( )
(7)电离常数大的酸溶液中的c(H+)一定比电离常数小的酸溶液中的c(H+)大( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2.硼酸(H3BO3)溶液中存在:
H3BO3(aq)+H2O(l)⇌[B(OH)4]-(aq)+H+(aq)。
下列说法正确的是( )
化学式
电离常数(298K)
硼酸
K=5.7×10-10
碳酸
K1=4.4×10-7K2=4.7×10-11
醋酸
K=1.75×10-5
A.等物质的量浓度的碳酸钠溶液和醋酸钠溶液比较,pH:
前者>后者
B.等物质的量浓度的碳酸溶液和硼酸溶液比较,pH:
前者<后者
C.将一滴碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中一定能观察到有气泡产生
D.将一滴醋酸溶液滴入碳酸钠溶液中一定能观察到有气泡产生
解析:
选AB 酸的电离常数越大,其酸性越强,根据电离常数知,酸性强弱顺序:
醋酸>碳酸>硼酸>碳酸氢根离子。
醋酸的酸性强于碳酸,碳酸根离子的水解程度大于醋酸根离子,所以等物质的量浓度的碳酸钠溶液的pH大于醋酸钠溶液的pH,A正确;碳酸的酸性强于硼酸,则等物质的量浓度的碳酸溶液和硼酸溶液比较:
pH:
前者<后者,B正确;碳酸钠和硼酸反应生成碳酸氢钠,所以观察不到有气泡产生,C错误;醋酸和碳酸钠反应先生成碳酸氢钠,碳酸氢钠再和醋酸反应生成二氧化碳,由于只有一滴醋酸溶液,所以不一定能观察到有气泡产生,D错误。
3.将浓度为0.1mol·L-1HF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.
D.
解析:
选D A项,HF为弱酸,存在电离平衡:
HF⇌H++F-,加水稀释,平衡正向移动,c(H+)减小,错误;B项,电离常数只受温度的影响,温度不变,电离常数Ka不变,错误;C项,当溶液无限稀释时,c(F-)不断减小,但c(H+)接近10-7mol·L-1,所以
减小,错误;D项,
=
=
,由于加水稀释,c(F-)减小,Ka(HF)不变,所以
增大,正确。
4.部分弱酸的电离常数如下表:
弱酸
HCOOH
H2S
H2CO3
HClO
电离
常数(25℃)
K=1.77×10-4
K1=1.3×10-7K2=7.1×10-15
K1=4.4×10-7K2=4.7×10-11
K=3.0×10-8
按要求回答下列问题:
(1)HCOOH、H2S、H2CO3、HClO的酸性由强到弱的顺序为
________________________________________________________________________。
(2)同浓度的HCOO-、HS-、S2-、HCO
、CO
、ClO-结合H+的能力由强到弱的顺序为________________________________________________________________________。
(3)将少量CO2气体通入NaClO溶液中,写出该反应的离子方程式:
_____________。
答案:
(1)HCOOH>H2CO3>H2S>HClO
(2)S2->CO
>ClO->HS->HCO
>HCOO-
(3)ClO-+CO2+H2O===HClO+HCO
知识点三 核心素养迁移——一元强酸(碱)与一元弱酸(碱)的比较
【考必备·清单】
1.一元强酸(HCl)与一元弱酸(CH3COOH)的比较
(1)相同物质的量浓度、相同体积的盐酸与醋酸溶液的比较
比较项目
c(H+)
pH
中和碱的能力
与活泼金属反应产生H2的量
开始与金属反应的速率
盐酸
大
小
相同
相同
大
醋酸溶液
小
大
小
(2)相同pH、相同体积的盐酸与醋酸溶液的比较
比较项目
c(H+)
c(酸)
中和碱的能力
与足量活泼金属反应产生H2的量
开始与金属反应的速率
盐酸
相同
小
小
少
相同
醋酸溶液
大
大
多
(3)一元强酸(HCl)与一元弱酸(CH3COOH)稀释图像比较
①相同体积、相同浓度的盐酸、醋酸溶液
加水稀释相同的倍数,醋酸的pH大
加水稀释到相同的pH,盐酸加入的水多
②相同体积、相同pH的盐酸、醋酸溶液
加水稀释相同的倍数,盐酸的pH大
加水稀释到相同的pH,醋酸加入的水多
[示例1] 25℃时,相同pH的两种一元弱酸HA与HB溶液分别加水稀释,溶液pH随溶液体积变化的曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.同浓度的NaA与NaB溶液中,c(A-)大于c(B-)
B.a点溶液的导电性大于b点溶液
C.a点的c(HA)大于b点的c(HB)
D.HA的酸性强于HB
[解析] 酸的酸性越强,对应的盐的水解程度越小,故NaB的水解程度大,同浓度的NaA与NaB溶液中c(B-)小于c(A-),A项正确;b点溶液的pH小于a点溶液的pH,说明b点溶液中c(H+)和c(B-)较大,故溶液导电性较强,B项错误;HA酸性强于HB,则相同pH的溶液,c(HA)[答案] AD
[方法技巧]
一元强碱与一元弱碱、一元强酸与一元弱酸稀释时溶液pH变化特点
如图:
a、b分别为pH相等的NaOH溶液和氨水稀释曲线。
c、d分别为pH相等的盐酸和醋酸溶液稀释曲线。
加水稀释相同倍数后的pH大小:
氨水>NaOH溶液,盐酸>醋酸溶液。
若稀释10n倍,盐酸、NaOH溶液pH变化n个单位,但仍然pH<7或pH>7,不能pH=7,而氨水与醋酸溶液pH变化不到n个单位。
2.证明室温下HA是一元弱酸的实验设计
实验方法
结论
①测0.01mol·L-1HA溶液的pH
pH=2,HA为强酸pH>2,HA为弱酸
②测NaA溶液的pH
pH=7,HA为强酸pH>7,HA为弱酸
③相同条件下,测相同浓度的HA和HCl(强酸)溶液的导电能力
若HA溶液的导电能力比HCl(强酸)溶液的弱,则HA为弱酸
④测相同pH的HA溶液与盐酸稀释相同倍数后的pH变化
若HA溶液的pH变化比盐酸小,则HA为弱酸
⑤测等体积、等pH的HA溶液、盐酸分别与足量锌反应产生H2的快慢及H2的量
若HA溶液反应过程中产生H2较快且最终产生H2的量较多,则HA为弱酸
⑥测等体积、等pH的HA溶液和盐酸中和等浓度碱所需消耗的碱的量
若HA溶液耗碱量大,则HA为弱酸
[示例2] 为了证明醋酸是弱电解质,甲、乙、丙、丁四人分别选用下列试剂进行实验:
0.1mol·L-1醋酸溶液、0.1mol·L-1盐酸、pH=3的盐酸、pH=3的醋酸、CH3COONa晶体、NaCl晶体、CH3COONH4晶体、蒸馏水、锌粒、pH试纸、酚酞、NaOH溶液等。
(1)甲取出10mL0.1mol·L-1的醋酸溶液,用pH试纸测出其pH=a,确定醋酸是弱电解质,则a应该满足的关系是________,理由是__________________________________。
(2)乙分别取pH=3的醋酸溶液和盐酸各1mL,分别用蒸馏水稀释到100mL,然后用pH试纸分别测定两溶液的pH,则可认定醋酸是弱电解质,判断的依据是______________
________________________________________________________________________。
(3)丙分别取pH=3的盐酸和醋酸溶液各10mL,然后加入质量相同、规格相同的锌粒,醋酸放出H2的速率快,则认定醋酸是弱电解质,你认为这一方法正确吗?
________,请说明理由:
_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞做实验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的实验操作和现象是______________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
(1)若醋酸是弱酸,则其不能完全电离,电离出的c(H+)<0.1mol·L-1,pH=a>1。
(2)若醋酸为弱酸,稀释促进电离,c(H+)=10-3mol·L-1的醋酸稀释到原来的100倍,稀释后醋酸的c(H+)>10-5mol·L-1,则醋酸的pH<5,而盐酸为强酸,用蒸馏水稀释到100mL,盐酸的pH=5。
(3)分别加入质量相同、规格相同的锌粒,若醋酸为弱酸,与锌反应消耗氢离子的同时,醋酸不断电离,H+得到补充,因此醋酸产生氢气的速率比盐酸快。
(4)CH3COONa是强碱弱酸盐,加入水中会发生水解,溶液显碱性,将CH3COONa晶体、NaCl晶体溶于适量水配成溶液,分别滴入酚酞试液,CH3COONa溶液变成浅红色,NaCl溶液不变色。
[答案]
(1)a>1 醋酸是弱酸,不能完全电离
(2)盐酸的pH=5,醋酸的pH<5
(3)正确 醋酸是弱酸,随着反应的进行,醋酸不断电离,c(H+)变化小,因此醋酸产生H2的速率比盐酸快
(4)将CH3COONa晶体、NaCl晶体分别溶于适量水配成溶液,再分别滴入酚酞试液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色
[方法技巧] 判断弱电解质的三个思维角度
角度一:
弱电解质的定义,即弱电解质不能完全电离,如0.1mol·L-1的CH3COOH溶液的pH>1。
角度二:
弱电解质溶液中存在电离平衡,条件改变,平衡移动,如pH=1的CH3COOH溶液加水稀释10倍后,1角度三:
弱电解质形成的盐类能水解,如判断CH3COOH为弱酸可用下面两个现象:
(1)配制某浓度的醋酸钠溶液,向其中加入几滴酚酞溶液。
现象:
溶液变为浅红色。
(2)用玻璃棒蘸取一定浓度的醋酸钠溶液滴在pH试纸上,测其pH。
现象:
pH>7。
【提素能·好题】
1.25℃时,将pH均为2的HCl与HX的溶液分别加水稀释,溶液pH随溶液体积变化的曲线如图所示。
下列说法正确的是( )
A.稀释前,c(HX)=0.01mol·L-1
B.稀释10倍,HX溶液的pH=3
C.a、b两点:
c(X-)>c(Cl-)
D.溶液的导电性:
a<b
解析:
选CD HX为弱酸,pH=2时,c(HX)>0.01mol·L-1,A错误;pH=2的HX稀释10倍,HX的电离平衡向右移动,HX溶液的pH<3,B错误;相同温度下,相同pH的盐酸和HX溶液,HX浓度大,溶液稀释时,HX进一步电离,所以a、b两点:
c(X-)>c(Cl-),溶液的导电性:
a
2.(2019·保定期末)在体积均为0.5L、pH均等于1的盐酸、醋酸溶液中,分别投入1.4g铁粉,则如图所示曲线比较符合客观事实的是( )
解析:
选B n(Fe)=
=0.025mol,盐酸是强酸,0.5L、pH=1的盐酸中HCl的物质的量为0.1mol·L-1×0.5L=0.05mol,根据反应方程式:
Fe+2H+===Fe2++H2↑,铁与盐酸恰好反应;醋酸是弱酸,0.5L、pH=1的醋酸溶液中,n(CH3COOH)远大于0.05mol,与0.025mol铁反应后醋酸有剩余,盐酸恰好反应,醋酸有剩余,则生成氢气的量与铁的量成正比,铁的量相同,则最终生成的氢气的体积相同,A错误;反应过程中,醋酸能电离出氢离子,使醋酸溶液中H+浓度大于盐酸,则醋酸的反应速率大于盐酸,完全反应时,醋酸用的时间小于盐酸,B正确;C、D错误。
3.按要求填空:
(1)将等质量的Zn粉分别投入a.10mL0.1mol·L-1盐酸和b.10mL0.1mol·L-1醋酸溶液中:
①若Zn不足量,则Zn粉完全反应所需的时间:
a________b(填“>”“<”或“=”);
②若Zn过量,产生H2的量:
a________b(填“>”“<”或“=”)。
(2)将等质量Zn粉分别投入pH=1、体积均为10mL的a.盐酸和b.醋酸溶液中:
①若Zn不足量,则Zn粉完全反应所需的时间:
a________b(填“>”“<”或“=”);
②若Zn过量,产生H2的量:
a________b(填“>”“<”或“=”)。
解析:
(1)物质的量浓度相等的盐酸和醋酸溶液,醋酸溶液中氢离子浓度小于盐酸。
①若Zn不足量,酸有剩余,相同浓度的醋酸溶液和盐酸中,盐酸中氢离子浓度大于醋酸溶液中氢离子浓度,所以在盐酸中的反应速率大于醋酸溶液的反应速率,则反应时间盐酸小于醋酸溶液。
②若Zn过量,产生H2的量与酸的物质的量成正比,醋酸溶液和盐酸都是一元酸,且体积、浓度相等,则其物质的量相等,所以生成氢气的物质的量相等。
(2)pH相等的醋酸溶液和盐酸,醋酸溶液浓度大于盐酸浓度。
①若Zn不足量,酸过量,反应过程中,醋酸溶液