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1. 弱电解质的电离平衡

弱电解质的电离平衡 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 弱电解质在溶液中部分电离,当电离速率等于结合速率时,体系达到的动态平衡状态。

从哪来 本知识点建立在平衡常数与转化率的关系、平衡浓度计算以及pH 的计算等前置知识之上。学生需先理解化学平衡的通用原理,才能将其迁移到电离体系中,并运用平衡常数表达式进行定量计算。

为什么 弱电解质(如醋酸)分子在水溶液中解离成离子时,离子间存在静电引力,且水分子对离子的溶剂化作用有限,导致部分离子重新结合成分子。 从微观动力学看,随着电离进行,离子浓度增加,逆反应(结合)速率加快,正反应(电离)速率减慢,最终二者相等,宏观上表现为电离程度不再改变。 从热力学看,这是一个可逆过程,受勒夏特列原理支配:改变浓度、温度等条件,平衡会向减弱这种改变的方向移动,从而改变电离度和离子浓度。

类比法:水库蓄水模型** **适合学生类型
形象思维强、对抽象微观过程理解困难的学生。 讲解逻辑: 1. 把弱电解质分子比作“上游水库的水”,离子比作“下游河道的水”。 2. 电离是“开闸放水”(正向),离子结合是“回水”(逆向)。 3. 刚开始放水快,下游水位(离子浓度)低,回水慢;随着下游水位升高,回水速度加快。 4. 当“放水速度”等于“回水速度”时,下游水位稳定,这就是电离平衡。 5. 强调:水还在流动(动态),但水位不变(宏观静止)。
数据推导法:从速率方程到平衡常数** **适合学生类型
逻辑推理能力强、喜欢数学推导的学生。 讲解逻辑: 1. 写出醋酸电离方程式:$CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$。 2. 设正向速率 $v_{正} = k_1 \cdot c(CH_3COOH)$,逆向速率 $v_{逆} = k_2 \cdot c(CH_3COO^-) \cdot c(H^+)$。 3. 平衡时 $v_{正} = v_{逆}$,即 $k_1 \cdot c(CH_3COOH) = k_2 \cdot c(CH_3COO^-) \cdot c(H^+)$。 4. 移项得 $\frac{c(CH_3COO^-) \cdot c(H^+)}{c(CH_3COOH)} = \frac{k_1}{k_2} = K$。 5. 指出 $K$ 只与温度有关,这就是电离平衡常数 $K_a$,它定量描述了电离能力。
对比辨析法:强电解质 vs 弱电解质** **适合学生类型
概念混淆、易将“浓度”与“强弱”混为一谈的学生。 讲解逻辑: 1. 对比盐酸(强)和醋酸(弱): - 盐酸:$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$(单向箭头,完全电离,无平衡)。 - 醋酸:$CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$(双向箭头,部分电离,有平衡)。 2. 关键辨析: - 强弱取决于本性(化学键极性、电离能力),与浓度无关。 - 浓度影响电离程度(稀释促进电离),但不改变电离常数 $K$。 3. 结论:弱电解质存在平衡,是因为其分子结构决定了它“不愿意”完全断开,存在“拉锯战”。
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练一道
基础题
已知 $25^\circ C$ 时,$0.1 \, mol/L$ 的醋酸溶液中 $c(H^+) = 1.34 \times 10^{-3} \, mol/L$。求该温度下醋酸的电离平衡常数 $K_a$ 和电离度 $\alpha$。
变式
向上述 $0.1 \, mol/L$ 醋酸溶液中,加入少量 $CH_3COONa$ 固体(忽略体积变化)。请分析: (1) 平衡移动方向; (2) $c(H^+)$ 如何变化; (3) $K_a$ 如何变化; (4) 醋酸的电离度 $\alpha$ 如何变化。
看解答过程
1. 设醋酸初始浓度为 $c_0 = 0.1 \, mol/L$。 2. 平衡时: $c(H^+) = c(CH_3COO^-) = 1.34 \times 10^{-3} \, mol/L$ $c(CH_3COOH) \approx c_0 - c(H^+) = 0.1 - 0.00134 \approx 0.09866 \, mol/L$ (因电离度小,也可近似为 $0.1$,此处用精确值) 3. 计算 $K_a$: $$K_a = \frac{c(H^+) \cdot c(CH_3COO^-)}{c(CH_3COOH)} = \frac{(1.34 \times 10^{-3})^2}{0.09866} \approx 1.82 \times 10^{-5}$$ 4. 计算电离度 $\alpha$: $$\alpha = \frac{c(H^+)}{c_0} \times 100\% = \frac{1.34 \times 10^{-3}}{0.1} \times 100\% = 1.34\%$$
试试手自己判
检测题
在 $25^\circ C$ 下,将 $0.1 \, mol/L$ 的 $CH_3COOH$ 溶液加水稀释至 $0.01 \, mol/L$。下列关于该过程的说法中,正确的是( ) A. 醋酸的电离平衡常数 $K_a$ 减小 B. 溶液中 $c(H^+)$ 增大 C. 醋酸的电离度 $\alpha$ 增大 D. 溶液中 $\frac{c(CH_3COO^-)}{c(CH_3COOH)}$ 的比值减小
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
- 选 C 为正确。
- 解析:
- A 错:$K_a$ 只随温度变化,温度不变,$K_a$ 不变。
- B 错:稀释促进电离,但体积增大效应占主导,$c(H^+)$ 减小。
- C 对:稀释促进弱电解质电离,电离度 $\alpha$ 增大。
- D 错:$\frac{c(CH_3COO^-)}{c(CH_3COOH)} = \frac{K_a}{c(H^+)}$。因 $K_a$ 不变,$c(H^+)$ 减小,故该比值增大。
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