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2. 多元弱酸

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 多元弱酸分步电离,且第一步电离程度远大于第二步,溶液酸度主要由第一步决定。

从哪来 基于“1. 电解质与非电解质”理解弱电解质性质,结合“3. 平衡常数与转化率的关系”及“3. 平衡浓度计算”推导分步电离规律,利用“1. 电解质强弱判断”区分强弱酸,最后通过“3. pH 的计算”体现其宏观表现。

为什么 多元弱酸(如 $H_2CO_3$)电离时,第一步释放出的 $H^+$ 会抑制第二步电离(同离子效应)。同时,带负电荷的酸根离子(如 $HCO_3^-$)比中性分子($H_2CO_3$)更难失去质子,导致第二步电离常数 $K_{a2}$ 远小于第一步 $K_{a1}$(通常相差 $10^4 \sim 10^5$ 倍)。因此,第二步电离产生的 $H^+$ 极少,对溶液 pH 贡献可忽略,溶液性质主要由第一步电离主导。

讲法
类比法:层层剥洋葱 适合形象思维强、抽象逻辑较弱的学生。 将多元弱酸比作多层洋葱。第一层(第一步电离)最容易剥开,释放大量 $H^+$;第二层(第二步电离)因为被第一层包裹且自身结构更紧密,极难剥开,释放的 $H^+$ 微乎其微。强调“主要矛盾”在第一层,计算时只需关注第一层即可近似求解 pH。
讲法
数据对比法:数量级碾压 适合理科逻辑强、喜欢定量分析的学生。 直接列出 $H_2CO_3$ 的 $K_{a1} \approx 4.3 \times 10^{-7}$ 和 $K_{a2} \approx 5.6 \times 10^{-11}$。计算表明 $K_{a1}$ 是 $K_{a2}$ 的约 7.7 万倍。在平衡体系中,若某反应平衡常数极大或极小,其逆反应或后续步骤可视为“冻结”。因此,第二步电离对 $[H^+]$ 的贡献在误差允许范围内可忽略,从而简化计算模型。
讲法
竞争抑制法:同离子效应 适合基础扎实、喜欢探究机理的学生。 从微观粒子竞争角度切入。第一步电离产生 $H^+$ 和 $HCO_3^-$。当 $HCO_3^-$ 试图进行第二步电离时,溶液中已存在高浓度的 $H^+$(来自第一步)。根据勒夏特列原理,高浓度 $H^+$ 强烈抑制 $HCO_3^-$ 的电离平衡向右移动。这种“自我抑制”机制使得第二步电离程度极低,从而确立了“分步电离,以第一步为主”的规律。
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练一道
基础题
已知 $0.1 \, \text{mol/L}$ 的 $H_2CO_3$ 溶液中,$K_{a1} = 4.3 \times 10^{-7}$,$K_{a2} = 5.6 \times 10^{-11}$。求该溶液的 $[H^+]$ 和 pH 值(保留两位小数)。
变式
向上述 $0.1 \, \text{mol/L}$ $H_2CO_3$ 溶液中加入少量 $NaHCO_3$ 固体,忽略体积变化。此时溶液中的 $[CO_3^{2-}]$ 约为多少?(已知 $K_{a2} = 5.6 \times 10^{-11}$)
试试手自己判
检测题
已知 $H_2S$ 的 $K_{a1} = 1.0 \times 10^{-7}$,$K_{a2} = 1.0 \times 10^{-13}$。在 $0.1 \, \text{mol/L}$ 的 $H_2S$ 溶液中,$[S^{2-}]$ 约为多少? A. $1.0 \times 10^{-7} \, \text{mol/L}$ B. $1.0 \times 10^{-13} \, \text{mol/L}$ C. $1.0 \times 10^{-20} \, \text{mol/L}$ D. $1.0 \times 10^{-5} \, \text{mol/L}$
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 学生能识别出 $K_{a1} \gg K_{a2}$,从而判断 $[H^+] \approx [HS^-]$。
2. 学生能正确运用 $K_{a2} = \frac{[H^+][S^{2-}]}{[HS^-]}$ 进行推导。
3. 学生能得出 $[S^{2-}] \approx K_{a2}$ 的结论,并选择 B。若选 A 或 D,说明未掌握分步电离规律;若选 C,说明错误地将两步电离常数相乘或计算失误。
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