专题五：电离与水解平衡

专题五：电离与水解平衡的思维导图，整理了弱电解质电离平衡、水解与溶解平衡的知识，有兴趣的可以看看哟。

电离与水解

• 弱电解质电离平衡
  • 基本定义
    • 在水中是否完全电离（与溶解度无关）
      • 强电解质
        • 强酸强碱、大多数盐
      • 弱电解质
        • 弱酸弱碱、水
  • 弱电解质电离平衡
    • 平衡建立过程
      • 电离与结合逐步达到平衡
    • 电离平衡影响因素
      • 温度
        • 平衡右移，促进电离
      • 浓度
        • 稀释溶液促进电离
      • 同离子效应
        • 引入与电离产物相同的强电解质，削弱电离
      • 加入能与弱电解质电力产物反应的物质
        • 平衡右移，电离程度增大
      • 以醋酸电离为例
    • 电解质溶液导电能力
      • 取决于自由移动离子的浓度和离子所带电荷数
  • 电离平衡常数
    • 表达式
      • 对一元弱酸HA，HA=可逆=H+ + A-；Ka=氢离子和酸根浓度之积比一元酸分子的浓度；弱碱常数Kb表达式同理
    • 特点
      • 多元弱酸分步电离，多元弱碱一步电离
      • 电离平衡常数一级电离远大于二级电离远大于三级电离，酸性主要由一级电离决定
    • 影响因素
      • 内因
        • 弱电解质本身的性质
      • 外因
        • 只与温度有关，温度升高，Ka增大
    • 应用
      • 判断弱酸酸性（弱碱碱性）
        • 若Ka1＞Ka2，则同浓度下1酸酸性大于2酸酸性
      • 判断酸与盐能否反应（强酸制弱酸）
        • 由Ka1（H2CO3）＞Ka（HClO）＞Ka2（H2CO3），则NaClO+CO2+H2O=NaHCO3+HClO
      • 判断酸式酸根离子的电离和水解程度的相对大小
        • 如碳酸，HCO3-水解常数Kh=Kw/Ka1＞Ka2，故碳酸氢根水解程度大于电离程度
  • 溶液酸碱性
    • 水的电离
      • 表达式
        • H2O=可逆=H+ + OH-
      • 影响水电离的因素
        • 温度
          • 促进
        • 加酸碱
          • 抑制
        • 能水解的盐
          • 促进
      • 水的离子积常数
        • Kw=c（H+）×c（OH-），常数值仅与温度有关，水的电离是吸热，温度越高Kw越大。常温下Kw=1×10^-14
    • 酸碱性与pH
      • 酸碱性
        • 酸性 pH＜7 氢离子浓度大于10^-7
        • 中性 pH=7 氢离子浓度等于10^-7
        • 碱性 pH＞7 氢离子浓度小于10^-7
      • pH
        • 公式
          • pH=-lgc（H+）
        • 适用范围
          • 稀溶液，pH数值介于0-14之间
        • 意义
          • pH越小，溶液酸性越强
        • 计算
          • 根据酸碱性求出其一，而后根据离子积常数求另一个
  • 滴定实验
    • 基本范式
      • 原理
        • c（测）=c（标）·V（标）/V（测）
      • 仪器
        • 滴定管
          • 酸式滴定管
            • 玻璃活塞
            • 酸性和氧化性试剂
          • 碱式滴定管
            • 橡胶管、玻璃球
            • 碱性试剂
          • 聚四氟乙烯活塞滴定管
            • 酸碱通用
          • 0刻度在上；精度到0.01mL
        • 锥形瓶
          • 反应容器
        • 胶头滴管
          • 加指示剂
      • 指示剂
        • 酸碱指示剂
          • 终点碱性用酚酞
            • 8.2-10.0，小于8.2无色，8.2-10.0粉红色，大于10.0显红色
          • 终点酸性用甲基橙
            • 3.1-4.4，小于3.1呈红色，3.1-4.4显橙色，大于4.4显黄色
        • 氧化还原指示剂
          • 二苯胺磺酸钠，滴定亚铁离子
            • 还原型为无色，氧化型为紫红色
          • 专属指示剂
            • 淀粉-I2，碘量法
          • 自身指示剂
            • 高锰酸钾，重铬酸钾等
        • 沉淀滴定指示剂
          • 用硝酸银滴定氯离子，用铬酸根离子；氯化银比铬酸银更难溶，当出现砖红色沉淀（铬酸银）到达终点
      • 试剂
        • 标准液
          • 装滴定管
        • 待测液
          • 装锥形瓶
        • 指示剂
          • 滴入锥形瓶
        • 蒸馏水
          • 洗涤用
      • 基本流程
        • 准备
          • 滴定管
            • 检漏，洗涤，润洗，装液，调液面
          • 锥形瓶
            • 注入待测液，加指示剂
          • 排气泡方法
            • 有活塞
              • 快速放出液体，赶出气泡
            • 无活塞
              • 弯折橡胶管，使尖嘴朝上放出气泡
        • 滴定
          • 左手控制滴液，右手晃动锥形瓶，眼睛关注颜色变化
        • 终点判断
          • 等到滴入最后半滴标准液，溶液变色，且半分钟内不恢复原来的颜色，视为滴定终点，记录消耗标准液的体积
        • 数据处理
          • 重复操作2-3次，求消耗标准液的平均值，套入公式
        • 误差分析
          • 各种情况下的分析，主要看对标准液体积的影响
      • 滴定曲线分析
        • 反应终点
        • 突跃范围
    • 常见变式
      • 中和滴定
      • 氧化还原滴定
      • 沉淀滴定
      • 络合滴定
• 水解与溶解平衡
  • 盐类水解
    • 盐电离产生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过程；水解反应可逆，微弱，是酸碱中和的逆反应，吸热
    • 规律
      • 有弱才水解，无弱不水解，越弱越水解，谁强显谁性，同强显中性
        • 如NaCl不水解，呈中性；NH4Cl强酸弱碱盐，水解溶液呈酸性；CH3COONa强碱弱酸盐，水解溶液呈碱性；醋酸Ka与一水合氨Kb近似相等，则醋酸铵水解溶液近似中性；甲酸Ka＞一水合氨Kb，则醋酸铵水解显酸性
      • 正盐的水解程度大于酸式盐的水解程度
        • 同浓度碳酸钠水解比碳酸氢钠强
      • 酸式盐溶液酸碱性判断
        • 强酸酸式盐只电离不水解，显酸性
        • 弱酸酸式盐溶液酸碱性取决于酸式酸根离子的电离程度和水解程度的相对大小
          • 电离大于水解显酸性，如亚硫酸氢钠、磷酸二氢钠
          • 电离小于水解显碱性，如碳酸氢钠、氢硫酸氢钠、磷酸氢二钠
    • 影响因素
      • 内因
        • 盐本身的性质
      • 外因
        • 多因素影响
    • 水解方程式书写
      • 由于程度微弱，反应用可逆符号，不写沉淀和气体符号
      • 多元弱酸盐水解分步进行，方程式分步书写
      • 水解促进反应
        • 弱酸阴离子和弱碱阳离子水解相互促进，水解产物若易脱离体系，如生成沉淀或气体，则水解程度非常大，认为反应完全；用等号，标气体和沉淀符号。如铝离子和碳酸氢根的水解促进反应。若水解产物不易脱离体系，虽然水解促进但认为反应仍然是很轻微的，可大量共存；如铵根和醋酸根离子的反应，用可逆符号
          • 锰离子和碳酸氢根，偏铝酸根和碳酸氢根不是水解促进反应
    • 水解平衡常数
      • Kh=c（HA）·c（OH-）/c（A-）
      • Kh、Kw、Ka的关系
        • Kh=Kw/Ka
          • 以碳酸钠为例，第一步水解常数与碳酸的第二步电离相对应；碳酸氢钠水解对应碳酸的第一步电离
          • 根据电离常数与水解常数的大小可以判断盐溶液酸碱性，如碳酸氢根水解常数大于碳酸的二级电离平衡常数，所以碳酸氢盐的水解程度大于电离程度溶液显碱性
      • 只与温度有关
        • 温度越高，水解常数越大，水解趋势越大
    • 应用
      • 判断溶液的酸碱性
        • 弱碱阳离子水解一步完成，对应弱碱的电离
      • 根据等物质的量盐溶液酸碱性强弱，判断对应酸的酸性
      • 配置和贮藏易水解盐溶液时应加入对应试剂抑制水解
      • 胶体的制备
        • 制备氢氧化铁胶体
      • 制作泡沫灭火器
        • 碳酸氢钠与硫酸铝混合，利用铝离子和碳酸氢根离子的水解反应
      • 作净水剂
        • 明矾因水解生成氢氧化铝胶体而沉降杂质
      • 化肥的使用
        • 铵态氮肥与草木灰不能混用
      • 除锈剂
        • 氯化铵与氯化锌溶液显酸性，可作焊接金属的除锈剂
      • 利用水解反应原理制备物质
        • 四氯化钛与水的反应制备二氧化钛水合晶体
  • 溶解平衡
    • 溶解平衡
      • 溶质的溶解过程是可逆的
        • 溶解大于结晶速率
          • 固体溶解
        • 溶解等于结晶速率
          • 溶解平衡
        • 溶解小于结晶速率
          • 析出晶体
      • 特点
        • 化学平衡的通性
          • 逆等动定变
    • 溶度积常数 Ksp
      • 一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各组分离子浓度幂的乘积为常数，用Ksp表示
      • 只与温度有关，与离子浓度无关
      • 应用
        • 根据沉淀先后顺序比较Ksp
        • 根据Ksp判断沉淀某离子的pH范围
    • 离子积 Q
      • 任意时刻离子浓度幂乘积
      • 与Ksp关系
        • Q＜Ksp时，溶液不饱和，无沉淀析出
        • Q=Ksp时，沉淀溶解处于平衡状态
        • Q＞Ksp时，溶液过饱和，有沉淀析出
    • 应用
      • 生成沉淀除杂
        • 利用Q＞Ksp时产生沉淀，除去杂质离子；常用加沉淀剂，如生成金属硫化物和调pH的方法沉淀杂质金属离子；1×10^-5认为沉淀完全
      • 溶解难溶物
        • 利用Q＜Ksp时，沉淀溶解，溶解难溶物；常用酸、碱溶解法、氧化还原法、生成配合物法、盐溶解法
      • 沉淀转化
        • 难溶电解质Ksp较大的易转化为Ksp较小的；类型不同，溶解度差别越大，越易转化
          • 此规律为一般规律，并不意味着溶解度小的不能转为溶解度大的。沉淀转化实质上是沉淀溶解的平衡移动，主要分析当下Q和Ksp的大小
  • 综合应用
    • 溶液中微粒浓度问题
      • 方法
        • 单一盐溶液离子浓度的比较，要考虑弱电解质离子的水解或电离
        • 不同溶液中同一离子浓度的比较，要看溶液中其他离子对它的影响
        • 混合溶液中各离子浓度的比较，要综合分析水解因素和电离因素
      • 三大守恒
        • 电荷守恒
          • 阴阳离子电荷总数相等
        • 元素质量守恒（物料守恒）
          • 变化前后元素质量守恒
        • 质子守恒
          • 电解质溶液中，分子或离子得到的质子与失去质子的物质的量相等