水溶液中的离子平衡有关问题的解题方法

2014-06-07胡新文

成才 2014年9期

关键词：强酸弱酸电离

■胡新文

水溶液中的离子平衡有关问题的解题方法

■胡新文

水溶液中的离子平衡是化学平衡学习的延续与拓展。对电离平衡、水解平衡和溶解平衡的掌握，是对初中化学的平衡体系的丰富与完善。有关电离平衡、盐类平衡、离子浓度大小比较等知识考点往往是考试的重点和难点，解答这类问题必须掌握一定的方法与技巧。

一、溶液的导电性问题

1.溶液的导电性与电解质强弱的联系与区别

溶液的导电性仅与溶液中的离子浓度及离子所带电荷数的多少有关。电荷数相同时，离子浓度越大，导电性越强；离子浓度相同时，离子所带电荷数越多，溶液导电性越强；电解质溶液导电的前提是电解质一定发生电离。

电解质的强弱是指电解质在水中的电离程度。相同条件下，电解质越强，在水中的电离越完全，反之越难电离。相同条件下，强电解质溶液的导电性比弱电解质的强。

【例1】（1）常见的三种导电方式为________、________和电子空穴导电。

（2）浓度相同的HCl、HAc、NaHSO4溶液并联入同一电路中，导电性最强的是________，最弱的是________。

答案：（1）自由电子导电；自由移动的阴阳离子导电；（2）NaHSO4；HAc

2.溶液导电能力的变化与判断

【例2】把0.05mol NaOH固体分别加入到100mL下列溶液中，溶液的导电能力变化最小的是（）

A.0.05 mol·L-1硫酸

B.0.6 mol·L-1盐酸

C.0.5 mol·L-11醋酸

D.0.5 mol·L-1KCl溶液

方法：写出化学程式并将其改为离子方程式，再比较反应前后溶液中离子数的变化；

关键：不需考虑弱电解质的电离及离子的水解；注意加入物质是否过量。

答案：B

二、酸的酸性强弱与溶液的酸性强弱的联系与区别

酸的酸性强弱是指酸电离出H+的难易（越易电离出H+，酸的酸性越强）；溶液酸性的强弱是指溶液中c（H+）的相对大小（H+浓度越大，溶液的酸性越强）。

溶液的酸性可能是由酸电离产生的H+而引起的，也可能是由强酸弱碱盐水解而引起的。

【例3】下列说法中错误的是（）

A.强酸溶液的导电性一定比弱酸的强

B.酸越难以电离出质子，其对应的酸根离子就越易水解

C.溶液的酸性越强，则溶液中的c（H+）越大，水的电离程度就越小

D.在水中完全电离的酸一定是强酸，但强酸的水溶液的酸性不一定强。

答案：A、C

三、有关水电离的问题

1.酸、碱、盐对水电离的影响

（1）水中加酸：酸电离出的H+使平衡H2O⇌H++OH-逆向移动，溶液中H+主要是酸电离产生的，只有极小部分由水电离产生（可忽略）；OH-全由水电离产生；

（2）水中加碱：碱电离出的OH-使平衡H2O⇌H++OH-逆向移动，溶液中OH-主要是碱电离产生的，只有极小部分由水电离产生（可忽略）；H+全部由水电离产生；

（3）正盐溶液中的H+、OH-均由水电离产生。强酸弱碱盐：如AlCl3，水电离产生的OH-部分被阳离子结合生成了难电离的弱碱，故使溶液中c（H+）>c（OH-）；强碱弱酸盐：如NaAc，水电离产生的H+部分被阴离子结合生成了难电离的弱酸，溶液中c（OH-）>c（H+）；

（4）酸式盐中NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4中酸根离子以电离为主，故显酸性而抑制水的电离，其余均以水解为主而促进水的电离。

【例4】已知某NaHSO3溶液的pH=4，则有关NaHSO3溶液的说法中正确的是（）

A.NaHSO3溶液中水的电离程度小于Na2SO3溶液中水的电离程度，也小于Na2SO4溶液中水的电离程度

C.该溶液中由水电离出的c（H+）为1×10-4mol/L

D.加入少量NaOH固体使溶液的pH升高从而使水的电离受抑制

答案：A、B

2.水电离出的c（H+）浓度为已知条件的离子共存判断

【例5】在由水电离产生的c（H+）=1×10-14mol/L的溶液中，一定可以大量共存的离子组是（）

B.Na+、Mg2+、Cl-

C.K+、Ba2+、Cl-、

D.K+、Na+、

方法：“由水电离产生的c（H+）=1×10-14mol/L的溶液”可知溶液的pH可能为14也可能为0；即“下列各组离子既能大量存在于酸性溶液中也能大量存在于碱性溶液之中”。注意：若由水电离产生的H+浓度大于10-7mol/L，则溶液一定呈酸性，溶质中一定有强酸弱碱盐。

答案:C

【例6】由水电离产生的c（H+）=1× 10-5mol/L的溶液，其溶质可能是（）

A.NaHSO4

B.AlCl3

C.H2SO4

D.NaH2PO4

答案:B

四、电离平衡、水解平衡、溶解平衡的共性

电离平衡、水解平衡、溶解平衡等具有下列共性：（1）加水均能促进三大平衡向右移动；（2）加热均能促进三大平衡向右移动（溶解平衡个别例外）；（3）三大平衡均为水溶液中的平衡，故都不受压强的影响；（4）均遵循勒夏特列原理。

【例7】对于AgCl（s）⇌Ag++Cl-，平衡后欲使溶液中的c（Cl-）增大，可采取的措施是（）

①加氨水

②加水

③加NaCl（s）

④加AgCl（s）

⑤加NaBr（s）

⑥加热

答案:①③⑤

五、浓度商（Qc）与平衡常数（K）问题

Qc是指任意状态时的可逆反应体系各物质浓度幂次方之积之比（对于溶液是指混合后但不反应时的浓度）；K是指可逆反应达到平衡时体系生成物浓度幂次方之积与反应物浓度幂之积的比值。在化学平衡、电离平衡、水解平衡、溶解平衡四大平衡中分别有不同的名称：化学平衡常数（K）、电离常数（Ka）、水解常数（Kh）、溶度积常数（Ksp）。

Qc与K的相对大小可以反映出体系是否为平衡状态：Qc>K，“过平衡状态”（类比：过饱和状态），反应将逆向进行；Qc=K，平衡状态；Qc＜K，未平衡状态，反应将正向进行。

【例8】已知25℃时CaSO4的Ksp= 9.1×10-6，若将0.02mol/L的Na2SO4溶液与0.004mol/L CaCl2溶液等体积混合，试通过计算溶液中是否有沉淀析出。

答案：Qc=2×10-5>Ksp，所以有沉淀析出。

六、有关溶液混合后浓度的变化问题

1“.14规则”的运用

【例9】将pH=3的盐酸溶液和pH=11的氨水等体积混合后，溶液中离子浓度关系正确的是（）

C.c（Cl-）＞c（）＞c（H＋）＞c（OH-）

D.c（Cl-）＞c（）＞c（OH-）＞c（H＋）

方法：利用“pH之和为14的酸碱等体积混合后，谁弱谁过量显谁性”的规律，判断反应后溶液为NH4Cl和NH3·H2O的混合溶液且呈碱性，而溶液呈碱性，则以氨水的电离为主，溶液中c（OH-）＞c（H＋）。

答案：B

【例10】在常温下10mL pH=10的KOH溶液中，加入pH=4的一元酸HA溶液至pH刚好等于7（设反应前后体积不变），则对反应后溶液的叙述正确的是（）

A.c（A-）=c（K+）

B.c（H＋）=c（OH-）＜c（K+）＜c（A-）

C.V总≤20mL

D.V总≥20mL

方法：分HA为强酸和弱酸两种情况，再结合“14规则”：假如酸为弱酸，则加入10mL弱酸后溶液呈酸性，而已知溶液呈中性，故加入的弱酸体积小于10mL。

答案：A、C

2.溶液混合后离子浓度大小的比较

【例11】将0.1mol/LNaOH和0.1mol/L NH4Cl溶液等体积混合后，离子浓度大小正确的顺序是（）

A.c（Na＋）＞c（Cl-）＞c（OH-）＞c（H＋）

B.c（Cl-）＞c（Na＋）＞c（OH-）＞c（H＋）

C.c（Na＋）=c（Cl-）＞c（OH-）＞c（H＋）

D.c（Na＋）=c（Cl-）＞c（H＋）＞c（OH-）

方法：∵NaOH+NH4Cl=NaCl+NH3· H2O，故先不考虑水解和电离（含水的电离），分别列出反应前后各微粒的物质的量，若反应后有两种或几种微粒的量相等，则要考虑离子的水解和电离。

答案：C

七、量变但浓度不变的问题

【例12】一定温度下，向足量的石灰乳中加少量生石灰时，下列说法错误的是（）

A.溶液中Ca2+数不变

B.溶液的pH不变

C.溶液的密度不变

D.溶液中c（Ca2+）不变

方法：题目已说明温度不变，故不需考虑热效应。CaO+H2O=Ca（OH）2（s），使溶液中水减少而析出Ca（OH）2，但溶液依然为饱和溶液，本题就相当于从饱和石灰水中移去部分饱和溶液，各组分的量变小了，但浓度并不变。

答案：A

【例13】一定温度下，向足量Na2CO3饱和溶液中加入1.06g无水碳酸钠，析出Na2CO3·10H2O晶体，下列有关说法正确的是（）

A.析出晶体质量2.86g

B.溶液的pH不变

C.溶液中Na+数增加

D.溶液质量减少

答案：B、D

八、盐类水解规律及影响盐类水解的外界因素

1.盐类水解规律

盐类水解有以下规律：①有弱才水解，无弱不水解，越弱越水解；谁强显谁性，两弱相促进，两强不水解；②多元弱酸根，浓度相同时正酸根比酸式酸根水解程度大，碱性更强。（如:Na2CO3＞NaHCO3）；③弱酸酸性强弱比较：A.同主族元素最高价含氧酸的酸性递减，无氧酸的酸性递增（利用特殊值进行记忆。如酸性：HF＜HCl；HNO3>H3PO4）；B.饱和一元脂肪酸的碳原子数越小，酸性越强（如HCOOH>CH3COOH）；C.一些常见的酸的酸性：HClO、HAlO2、苯酚为极弱酸；醋酸>碳酸>苯酚；磷酸和H2SO3为中强酸；HClO4为最强含氧酸等。

【例14】（1）下列物质不水解的是______；水解呈酸性的是______；水解呈碱性的是______。

①FeS

②NaI

③NaHSO4

④KF

⑤NH4NO3

⑥C17H35COONa

（2）浓度相同时，下列溶液性质的比较错误的是（）

①酸性：H2S>H2Se

②碱性：Na2S>NaHS

③碱性：HCOONa>CH3COONa

④水的电离程度：NaAc＜NaAlO2