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强弱电解质的比较与判断是《水溶液中的离子平衡》学习的重点,也是历年高考考查的热点,需要关注.
一、强弱电解质的性质比较
方法精要:强酸与弱酸(或强碱与弱碱)由于电离程度的不同,在很多方面表现出不同的性质.以一元强酸和一元弱酸为例
其区别见表1.表1
例1 在一定温度下,有a.盐酸、b.硫酸、c.醋酸三种酸:
(1)当三种酸物质的量浓度相同时,c(H+)由大到小的顺序是.
(2)同体积、同物质的量浓度的三种酸,中和NaOH的能力由大到小的顺序是
.
(3)若三者c(H+)相同时,物质的量浓度由大到小的顺序是
.
(4)当三者c(H+)相同且体积也相同时,分别放入足量的锌,相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是.
(5)当三者c(H+)相同且体积相同时,同时加入形状、密度、质量完全相同的锌,若产生相同体积的H2(相同状况),则开始时反应速率的大小关系为
,反应所需时间的长短关系是.
(6)将c(H+)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后,c(H+)由大到小的顺序是.
分析:解答本题要注意以下三点:①HCl、H2SO4都是强酸,H+完全电离出来,且H2SO4是二元酸.②CH3COOH是弱酸,在水溶液中不能完全电离.③醋酸溶液中存在CH3COOH CH3COO-+H+的电离平衡.
(1)盐酸中c(H+)=c(HCl),硫酸中c(H+)=2c(H2SO4),醋酸中c(H+)a>c.
(2)中和NaOH的能力是指消耗n(H+)的多少,盐酸、醋酸能提供的n(H+)1相同,而硫酸能提供的n(H+)2多于n(H+)1,故b>a=c.
(3)与第(1)问的分析方法相同,但比较结果相反,即c>a>b(或c>a=2b).
(4)醋酸能提供的n(H+)最多,盐酸、硫酸能提供的n(H+)相同,故c>a=b.
(5)反应开始时c(H+)相同,则反应速率也相同,即a=b=c.反应过程中,醋酸中原来未电离的HAc分子会不断电离出H+,使醋酸中c(H+)大于盐酸、硫酸中c(H+),反应速率最快,反应所需时间最短;而盐酸、硫酸中c(H+)相同,反应所需时间相同,故a=b>c.
(6)溶液中开始已有的H+稀释相同倍数后,c(H+)仍相同,但醋酸中HAc分子会进一步电离出H+来补充,而盐酸、硫酸中无H+来补充,故c>a=b.
点评:处理这类问题要把握三点:一是等物质的量浓度与等pH是不同的概念,二者既有区别又有联系,但可以相互换算;二是一元强酸(碱)与二元强酸(碱)在H+(或OH-)数目上的区别;三是一元强酸(碱)与一元弱酸(碱)电离程度上的区别.
二、加水稀释时pH的变化
方法精要:以一元强酸和一元弱酸的稀释为例,(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b):如图1(1),物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH增大快;若加水稀释到相同pH,强酸加水多.(2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b):如图1(2),pH相同的强酸与弱酸,加水稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH变化大;若加水稀释到相同pH,弱酸加水多.
图1
一元强碱(c)和一元弱碱(d)的稀释分别对应上述一元强酸和一元弱酸的稀释,且以pH=7水平线为对称轴,与上述曲线变化情况分别对称,如图1(2)与图1(3)、
图1(1)与图1(4)呈对应关系.
图2
例2 某温度下,相同pH的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释,平衡pH随溶液体积变化的曲线如图2所示.据图判断正确的是( )
(A) Ⅱ为盐酸稀释时的pH变化曲线
(B) b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强
(C) a点Kw的数值比c点Kw的数值大
(D) b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
分析:醋酸在稀释时会继续电离,则在稀释相同体积的盐酸与醋酸的过程中醋酸中的H+浓度减小得慢、pH小,(A)项错误;随着稀释体积的增大,溶液中离子浓度在减小,(B)项正确;温度一定,任何稀的水溶液中的Kw都是一定值,(C)项错误;由于醋酸是弱酸,要使盐酸和醋酸溶液pH相同,醋酸的浓度比盐酸大得多,(D)项错误.答案为(B).
点评:这类问题一直是历年高考的热点,多以图象题形式呈现,一般需要作辅助线或作图帮助分析.对于图象题,先要看清楚图象的横纵坐标对应量及单位、曲线的意义、点的特点及含义等,然后根据需要作辅助线;再依据规律分析判断.
三、判断强弱电解质的方法
方法精要:判断电解质强弱一般可从三个角度思考并设计
相关实验进行证明,一是弱电解质的定义,即弱电解质不能完全
电离,如测0.1 mol·L–1的CH3COOH溶液的pH>1;二是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加水稀释10倍后,1<
pH<2;三是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试液.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.
例3 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:0.1
mol·L–1醋酸溶液、0.1 mol·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10 mL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)乙将pH=3醋酸和盐酸,各取1 mL,用蒸馏水稀释到100 mL,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10 mL,然后分别加入质量相同的锌粒,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? .
(4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞试验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的实验操作和现象是 .
分析:(1)根据弱电解质的概念进行判断.(2)根据弱电解质的电离平衡进行判断,pH相同的强弱电解质稀释相同倍数后,pH不再相等.(3)根据强弱电解质的性质差异,弱电解质在反应过程中会不断电离出H+,而强电解质无这特点,这样,弱电解质中的c(H+)大于强电解质中的c(H+),反应速率才快.(4)根据盐类水解规律进行判断.
答案:(1)a>1 因醋酸是弱酸,不能完全电离 (2)盐酸的pH=5,醋酸的pH<5 (3)正确.由于醋酸是弱酸,随着反应的进行,醋酸不断电离,c(H+)变化小,产生H2的速率醋酸比盐酸快 (4)配制CH3COONa、NaCl溶液,分别滴入酚酞试液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色
点评:强弱电解质的概念、弱电解质的电离平衡、强弱电解质的性质差异、盐类水解规律等是强弱电解质判断的四大依据,此外,利用元素周期律、较强酸(碱)制备较弱酸(碱)规律等也可判断电解质强弱.
一、强弱电解质的性质比较
方法精要:强酸与弱酸(或强碱与弱碱)由于电离程度的不同,在很多方面表现出不同的性质.以一元强酸和一元弱酸为例
其区别见表1.表1
例1 在一定温度下,有a.盐酸、b.硫酸、c.醋酸三种酸:
(1)当三种酸物质的量浓度相同时,c(H+)由大到小的顺序是.
(2)同体积、同物质的量浓度的三种酸,中和NaOH的能力由大到小的顺序是
.
(3)若三者c(H+)相同时,物质的量浓度由大到小的顺序是
.
(4)当三者c(H+)相同且体积也相同时,分别放入足量的锌,相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是.
(5)当三者c(H+)相同且体积相同时,同时加入形状、密度、质量完全相同的锌,若产生相同体积的H2(相同状况),则开始时反应速率的大小关系为
,反应所需时间的长短关系是.
(6)将c(H+)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后,c(H+)由大到小的顺序是.
分析:解答本题要注意以下三点:①HCl、H2SO4都是强酸,H+完全电离出来,且H2SO4是二元酸.②CH3COOH是弱酸,在水溶液中不能完全电离.③醋酸溶液中存在CH3COOH CH3COO-+H+的电离平衡.
(1)盐酸中c(H+)=c(HCl),硫酸中c(H+)=2c(H2SO4),醋酸中c(H+)
(2)中和NaOH的能力是指消耗n(H+)的多少,盐酸、醋酸能提供的n(H+)1相同,而硫酸能提供的n(H+)2多于n(H+)1,故b>a=c.
(3)与第(1)问的分析方法相同,但比较结果相反,即c>a>b(或c>a=2b).
(4)醋酸能提供的n(H+)最多,盐酸、硫酸能提供的n(H+)相同,故c>a=b.
(5)反应开始时c(H+)相同,则反应速率也相同,即a=b=c.反应过程中,醋酸中原来未电离的HAc分子会不断电离出H+,使醋酸中c(H+)大于盐酸、硫酸中c(H+),反应速率最快,反应所需时间最短;而盐酸、硫酸中c(H+)相同,反应所需时间相同,故a=b>c.
(6)溶液中开始已有的H+稀释相同倍数后,c(H+)仍相同,但醋酸中HAc分子会进一步电离出H+来补充,而盐酸、硫酸中无H+来补充,故c>a=b.
点评:处理这类问题要把握三点:一是等物质的量浓度与等pH是不同的概念,二者既有区别又有联系,但可以相互换算;二是一元强酸(碱)与二元强酸(碱)在H+(或OH-)数目上的区别;三是一元强酸(碱)与一元弱酸(碱)电离程度上的区别.
二、加水稀释时pH的变化
方法精要:以一元强酸和一元弱酸的稀释为例,(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b):如图1(1),物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH增大快;若加水稀释到相同pH,强酸加水多.(2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b):如图1(2),pH相同的强酸与弱酸,加水稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH变化大;若加水稀释到相同pH,弱酸加水多.
图1
一元强碱(c)和一元弱碱(d)的稀释分别对应上述一元强酸和一元弱酸的稀释,且以pH=7水平线为对称轴,与上述曲线变化情况分别对称,如图1(2)与图1(3)、
图1(1)与图1(4)呈对应关系.
图2
例2 某温度下,相同pH的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释,平衡pH随溶液体积变化的曲线如图2所示.据图判断正确的是( )
(A) Ⅱ为盐酸稀释时的pH变化曲线
(B) b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强
(C) a点Kw的数值比c点Kw的数值大
(D) b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
分析:醋酸在稀释时会继续电离,则在稀释相同体积的盐酸与醋酸的过程中醋酸中的H+浓度减小得慢、pH小,(A)项错误;随着稀释体积的增大,溶液中离子浓度在减小,(B)项正确;温度一定,任何稀的水溶液中的Kw都是一定值,(C)项错误;由于醋酸是弱酸,要使盐酸和醋酸溶液pH相同,醋酸的浓度比盐酸大得多,(D)项错误.答案为(B).
点评:这类问题一直是历年高考的热点,多以图象题形式呈现,一般需要作辅助线或作图帮助分析.对于图象题,先要看清楚图象的横纵坐标对应量及单位、曲线的意义、点的特点及含义等,然后根据需要作辅助线;再依据规律分析判断.
三、判断强弱电解质的方法
方法精要:判断电解质强弱一般可从三个角度思考并设计
相关实验进行证明,一是弱电解质的定义,即弱电解质不能完全
电离,如测0.1 mol·L–1的CH3COOH溶液的pH>1;二是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加水稀释10倍后,1<
pH<2;三是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试液.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.
例3 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:0.1
mol·L–1醋酸溶液、0.1 mol·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10 mL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)乙将pH=3醋酸和盐酸,各取1 mL,用蒸馏水稀释到100 mL,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10 mL,然后分别加入质量相同的锌粒,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? .
(4)丁用CH3COONa晶体、NaCl晶体、蒸馏水和酚酞试验,也论证了醋酸是弱酸的事实,该同学的实验操作和现象是 .
分析:(1)根据弱电解质的概念进行判断.(2)根据弱电解质的电离平衡进行判断,pH相同的强弱电解质稀释相同倍数后,pH不再相等.(3)根据强弱电解质的性质差异,弱电解质在反应过程中会不断电离出H+,而强电解质无这特点,这样,弱电解质中的c(H+)大于强电解质中的c(H+),反应速率才快.(4)根据盐类水解规律进行判断.
答案:(1)a>1 因醋酸是弱酸,不能完全电离 (2)盐酸的pH=5,醋酸的pH<5 (3)正确.由于醋酸是弱酸,随着反应的进行,醋酸不断电离,c(H+)变化小,产生H2的速率醋酸比盐酸快 (4)配制CH3COONa、NaCl溶液,分别滴入酚酞试液,CH3COONa溶液变浅红色,NaCl溶液不变色
点评:强弱电解质的概念、弱电解质的电离平衡、强弱电解质的性质差异、盐类水解规律等是强弱电解质判断的四大依据,此外,利用元素周期律、较强酸(碱)制备较弱酸(碱)规律等也可判断电解质强弱.