平衡常数在“水溶液中的离子平衡”中的应用

■北京市十一学校 陈 鹤(博士)

平衡常数在“水溶液中的离子平衡”中的应用

■北京市十一学校 陈 鹤(博士)

首先,水溶液中的离子平衡知识一直是同学学习的难点,同学们在分析水溶液问题时抓不住主要矛盾,当溶液中存在多个平衡时,就不知道怎么分析,其实这是没有从定量的角度掌握水溶液中的平衡问题。其次,通过对水溶液中离子平衡的学习,同学们是否能进一步认识离子反应的本质?能否理解离子平衡和离子反应的关系?再次,在学习本内容之前,同学们对复分解反应规律的认识是：强酸制弱酸,强碱制弱碱,可溶制难溶,那么学习完水溶液中的离子平衡后,同学们能否从更本质的角度理解水溶液中复分解反应发生的原因?这些问题,都与水溶液中各种离子平衡的平衡常数有关。因此,围绕离子平衡中平衡常数的考查,可以检测同学们对本知识的理解程度。

例1表1是几种弱电解质的电离平衡常数、难溶电解质的溶度积Ksp(25℃)。

表1

回答下列问题：

(1)由上表分析,若①CH3COOH,②,③C6H5OH,④H2CO3均可看作酸,则它们电离出H+的能力由强到弱的顺序为____(填编号)。

(2)25℃时,将等体积等浓度的醋酸和氨水混合,混合液中：c(CH3COO-)____(填“＞”“=”或“＜”)。

(3)25℃时,NaHSO3溶液的pH____7(填“＞”“=”或“＜”)。

(4)请你结合表中数据,写出C6H5OH与Na3PO4反应的离子方程式：____。

(5)钡在自然界里主要以难溶性的重晶石BaSO4的形式存在,它既难溶于水,又难溶于酸,很难进行化学加工。若通过沉淀转化反应,使之转化为易被盐酸溶解的BaCO3,则对于含钡元素物质的生产非常有利。现有0.2molBaSO4固体,用1L1.2mol·L-1Na2CO3溶液处理,反应的离子方程式为____。达平衡后,溶液中的浓度是____。

解析：(1)比较酸性强弱,同学们主要通过实验,强酸制弱酸来定性比较酸性强弱,要理解强酸制弱酸的本质是强酸电离出H+能力更强,因此,强酸可以把自己的H+给弱酸根。通过Ka可以定量得到弱酸电离出H+能力,Ka大则电离出H+的能力大,因此CH3COOH、、C6H5OH、H2CO3电离出H+的能力由强到弱的顺序是CH3COOH＞H2CO3＞C6H5OH＞。

(2)c(CH3COO-)与)的大小比较,需要同学们能从定量的角度理解盐的水解平衡。CH3COOH的Ka与NH3·H2O的Kb相等,说明CH3COOH电离出H+能力与NH3·H2O 电离出OH-的能力是相同的,即CH3COO-水解能力和水解能力相同,因此

(3)NaHSO3溶液中主要存在的电离平衡,的水解平衡。的电离平衡常数是Ka2=1.02×10-7,而的水解平衡常数是6.49×10-11,因此电离程度大于水解程度,溶液呈酸性,pH＜7。

(5)难溶物质向更难溶物质转化一般是离子反应的趋势,但是碳酸钡和硫酸钡的Ksp只相差10倍,可以通过增大碳酸根的浓度,不断分离碳酸钡的方法,使硫酸钡向碳酸钡转化。(aq);该反应的平衡常数是

跟踪练习：1.常温下,某酸HA的电离常数为1×10-8。0.1mol·L-1HA溶液和0.1mol·L-1NaA溶液等体积混合后溶液的pH____7(填“＞”“=”或“＜”),其原因是____。

2.已知氢氟酸、醋酸、氢氰酸(HCN)、碳酸在室温下的电离常数如表2。

表2

根据上述数据,回答下列问题：

(1)四种酸中酸性最强的是____,四种酸中酸性最弱的是____。

(2)写出反应的方程式：

足量的氢氟酸与碳酸钠溶液混合：___。

足量的CO2通入NaCN溶液中：____。

跟踪练习解析：1.HA的电离常数为1×10-8,则A-的水解常数是,A-的水解程度大于HA的电离程度,因此0.1mol·L-1HA溶液和0.1mol·L-1NaA溶液等体积混合后溶液的pH＞7。

2.(1)四种酸Ka最大的是H F,Ka最小的是HCN,因此酸性最强的是H F,酸性最弱的是HCN。(2)H F的Ka大于H2CO3的Ka1,因此H F+Na2CO3══NaCN+H2O+CO2↑;HCN的Ka大于H2CO3的Ka2小于H2CO3的Ka1,因此,CO2+H2O+NaCN══NaHCO3+HCN。

(责任编辑 谢启刚)

陈鹤,毕业于北京理工大学,博士,多次承担市级、区级研究课,参加市级、区级教学比赛并获奖,多篇教学论文在市级、区级文化文评选中获奖,主持北京市教育科学“十三五”规划课题,参与中国化学会“十一五”规划课题。