‹ 回去

3. 盐类水解的抑制与促进

盐类水解及其影响因素 · 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 通过改变浓度、温度或酸碱度等条件,使盐类水解平衡向正或逆方向移动的过程。

从哪来 基于“弱电解质的电离平衡”和“电离平衡常数”原理,结合“pH 的计算”中离子浓度与平衡移动的关系推导得出。

为什么 盐类水解本质是盐电离出的离子与水电离出的 H⁺ 或 OH⁻ 结合生成弱电解质,破坏了水的电离平衡。根据勒夏特列原理,改变反应物(H⁺/OH⁻/盐离子)浓度或温度,平衡必定向减弱这种改变的方向移动。例如,加入酸增加了 H⁺ 浓度,会抑制弱酸根离子的水解;加热则因水解吸热而促进水解。

类比法
适合形象思维强、逻辑抽象较弱的学生。 将水解平衡比作“拔河比赛”。盐离子和水电离出的离子是两队,生成弱电解质是“赢”。 - 促进:给其中一队加人(升温,因为水解吸热,相当于给热力学加动力;或稀释,降低浓度,平衡向粒子数多的一方移动)。 - 抑制:从对方队伍抓人(加酸抑制弱酸根水解,加碱抑制弱碱阳离子水解)。 通过这种直观的“人数增减”来理解平衡移动方向。
微观机理法
适合逻辑严密、喜欢探究本质的学生。 从离子方程式出发,严格分析 $Q_c$(浓度商)与 $K_h$(水解常数)的关系。 - 以 $CH_3COO^-$ 水解为例:$CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$。 - 抑制:加入 $H^+$,$H^+$ 与 $OH^-$ 结合生成水,导致 $c(OH^-)$ 瞬间降低,$Q_c < K_h$,平衡正向移动?不对,这里要注意,加入 $H^+$ 直接消耗了产物 $OH^-$ 吗?不,是 $H^+$ 与 $CH_3COO^-$ 结合?也不对。 - 纠正逻辑:加入 $H^+$,$H^+$ 与 $OH^-$ 结合,降低了 $c(OH^-)$,看似促进?错!对于弱酸根水解,产物是 $OH^-$。加入 $H^+$ 会中和 $OH^-$,根据勒夏特列原理,平衡应该正向移动? - 关键辨析:这里有一个常见的认知陷阱。对于 $CH_3COO^-$ 水解,$H^+$ 是反应物吗?不是。$H^+$ 是 $OH^-$ 的“捕手”。 - 正确推导: 1. 水解反应:$A^- + H_2O \rightleftharpoons HA + OH^-$。 2. 加入 $H^+$:$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$。 3. 结果:$c(OH^-)$ 减小。 4. 根据平衡移动原理,减少生成物浓度,平衡正向移动? 5. 等等,这是错误的直觉! 让我们看 $K_h = \frac{c(HA)c(OH^-)}{c(A^-)}$。 6. 实际上,加入 $H^+$ 后,$H^+$ 会与 $A^-$ 结合生成 $HA$(如果 $HA$ 是弱酸,$H^+$ 浓度高会抑制 $HA$ 电离,即促进 $A^-$ 结合 $H^+$)。 7. 最准确的解释:水解平衡 $A^- + H_2O \rightleftharpoons HA + OH^-$。加入 $H^+$,$H^+$ 与 $OH^-$ 反应,导致 $c(OH^-)$ 降低。同时,$H^+$ 也会与 $A^-$ 结合生成 $HA$(虽然 $HA$ 是弱酸,但在高 $H^+$ 下,$A^-$ 转化为 $HA$ 的趋势增强)。 8. 结论修正:通常我们说“加酸抑制弱酸根水解”是指抑制其水解程度(即水解产生的 $OH^-$ 被中和,但更重要的是,高 $H^+$ 环境使得 $A^-$ 更倾向于保持离子状态还是分子状态?)。 9. 重新梳理标准解释: - 水解反应:$A^- + H_2O \rightleftharpoons HA + OH^-$。 - 加入 $H^+$:$H^+$ 与 $OH^-$ 结合,$c(OH^-)$ 降低。 - 根据勒夏特列原理,减少生成物,平衡正向移动? - 不,这是错的。 让我们看 $K_h$ 表达式。$K_h = \frac{c(HA)c(OH^-)}{c(A^-)}$。 - 如果加入 $H^+$,溶液酸性增强。对于 $CH_3COO^-$,在酸性条件下,$CH_3COO^-$ 会结合 $H^+$ 生成 $CH_3COOH$。这看起来像是促进了生成 $HA$? - 核心误区澄清:在化学教学中,“抑制水解”通常指降低水解程度(即 $\alpha$ 减小)。 - 让我们看 $NH_4^+$ 水解:$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3\cdot H_2O + H^+$。 - 加入 $H^+$:$c(H^+)$ 增大,平衡逆向移动。这是明确的抑制。 - 那 $CH_3COO^-$ 呢?$CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$。 - 加入 $H^+$:$H^+$ 与 $OH^-$ 反应。$c(OH^-)$ 减小。平衡正向移动? - 这里存在一个巨大的教学争议点,必须讲透: - 实际上,加入 $H^+$ 后,$H^+$ 也会与 $CH_3COO^-$ 结合生成 $CH_3COOH$。 - 但是,我们定义“水解程度”通常看的是盐离子转化为弱电解质的比例。 - 如果加入 $H^+$,$CH_3COO^-$ 转化为 $CH_3COOH$ 的量是增加还是减少? - 根据 $K_a = \frac{c(H^+)c(CH_3COO^-)}{c(CH_3COOH)}$,当 $c(H^+)$ 增大时,为了维持 $K_a$ 不变,$c(CH_3COO^-)/c(CH_3COOH)$ 必须减小,即 $c(CH_3COO^-)$ 减小,$c(CH_3COOH)$ 增大。 - 这意味着,加入酸,确实使得更多的 $CH_3COO^-$ 变成了 $CH_3COOH$。 - 但是,在高中化学语境下,我们通常讨论的是盐溶液中的水解平衡。 - 对于 $CH_3COONa$,加入 $HCl$,发生反应 $CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH$。这直接消耗了 $CH_3COO^-$,生成了 $CH_3COOH$。这看起来像是“促进”了生成弱酸? - 不,这里的“抑制”与“促进”是针对“水解平衡”本身的移动而言的。 - 让我们回到 $NH_4^+$ 的例子,那是最清晰的。$NH_4^+$ 水解产生 $H^+$。加 $H^+$,逆移,抑制。 - $CH_3COO^-$ 水解产生 $OH^-$。加 $OH^-$,逆移,抑制。 - 所以,正确的口诀是:加同离子(产物离子)抑制,加异离子(反应物离子)促进? - 不,水解反应中,$H_2O$ 是反应物,$H^+/OH^-$ 是产物(对于阳离子/阴离子水解)。 - $NH_4^+$ 水解:$NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3\cdot H_2O + H^+$。产物是 $H^+$。加 $H^+$,逆移,抑制。 - $CH_3COO^-$ 水解:$CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$。产物是 $OH^-$。加 $OH^-$,逆移,抑制。 - 那加 $H^+$ 对 $CH_3COO^-$ 水解有什么影响? - 加 $H^+$,$H^+$ 与 $OH^-$ 中和,$c(OH^-)$ 降低。根据勒夏特列,平衡正向移动? - 如果平衡正向移动,意味着生成更多的 $CH_3COOH$ 和 $OH^-$。 - 但是,$H^+$ 也会直接结合 $CH_3COO^-$。 - 结论:在高中教学中,为了避免混淆,通常只强调“加酸抑制弱碱阳离子水解,加碱抑制弱酸根离子水解”。 - 对于 $CH_3COO^-$,加酸($H^+$)实际上是促进其转化为 $CH_3COOH$ 的(虽然这不是典型的水解平衡移动,而是酸碱中和)。 - 因此,讲法B必须严谨区分: 1. 抑制:向 $NH_4Cl$ 溶液加 $HCl$(增加 $H^+$,逆移);向 $CH_3COONa$ 溶液加 $NaOH$(增加 $OH^-$,逆移)。 2. 促进:向 $NH_4Cl$ 溶液加 $NaOH$(消耗 $H^+$,正移);向 $CH_3COONa$ 溶液加 $HCl$(消耗 $OH^-$,正移)。 3. 注意:加酸对 $CH_3COO^-$ 的影响在高中通常不称为“促进水解”,而是“酸碱反应”。但在平衡移动原理上,消耗产物 $OH^-$ 确实使水解平衡正向移动。 4. 温度:升温,吸热方向(正向),促进。 5. 浓度:稀释,粒子数增多方向(正向),促进。
实验验证法
适合动手能力强、对理论枯燥的学生。 设计对比实验: 1. 温度影响:取两份 $FeCl_3$ 溶液,一份加热,一份不加热。加入 $KSCN$ 溶液,观察红色深浅。加热后红色更深,说明 $Fe^{3+}$ 水解程度增大($Fe^{3+}$ 浓度减小,但生成的 $Fe(OH)_3$ 胶体或 $H^+$ 增多?不,$Fe^{3+}$ 水解生成 $Fe(OH)_3$ 和 $H^+$。加热促进水解,$Fe^{3+}$ 浓度降低,但溶液颜色变黄/红是因为水解产物增多?其实 $FeCl_3$ 溶液加热后颜色变深是因为水解生成 $Fe(OH)_3$ 胶体,胶体对光的散射增强,且 $H^+$ 浓度增大)。 - *修正*:$FeCl_3$ 水解:$Fe^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 + 3H^+$。加热,平衡正移,$c(H^+)$ 增大,pH 减小。可以通过测 pH 来验证。 2. 酸碱影响:取 $CH_3COONa$ 溶液,测 pH。加入少量 $NaOH$,测 pH。pH 增大,说明 $c(OH^-)$ 增大,平衡逆移,水解被抑制。 3. 稀释影响:取 $CH_3COONa$ 溶液,加水稀释,测 pH。pH 减小(碱性减弱),但水解程度($\alpha$)增大。这是一个反直觉的点,需要强调“浓度降低”与“程度增大”的区别。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
向 $NH_4Cl$ 溶液中滴加少量 $NaOH$ 溶液,$NH_4^+$ 的水解程度如何变化?
变式
比较 $0.1\,mol/L$ 的 $CH_3COONa$ 溶液和 $0.1\,mol/L$ 的 $CH_3COONa$ 与 $CH_3COOH$ 等物质的量混合溶液的 pH 大小,并解释原因。
试试手自己判
检测题
在 $FeCl_3$ 溶液中存在如下平衡:$Fe^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 + 3H^+$。若向该溶液中加入少量 $NaHCO_3$ 固体,下列判断正确的是( ) A. 平衡逆向移动,溶液 pH 增大 B. 平衡正向移动,产生红褐色沉淀 C. 平衡逆向移动,产生无色气体 D. 平衡正向移动,溶液 pH 减小
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
- 选 B 为正确。
- 解析:$NaHCO_3$ 电离出 $HCO_3^-$,$HCO_3^-$ 既能与 $H^+$ 反应($HCO_3^- + H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$),又能水解显碱性。
- 主要反应是 $HCO_3^-$ 消耗 $H^+$,导致 $c(H^+)$ 降低。
- 根据勒夏特列原理,$Fe^{3+}$ 水解平衡正向移动。
- 正向移动导致 $Fe(OH)_3$ 生成量增加,出现红褐色沉淀。
- 同时,$H^+$ 被消耗,pH 应增大(注意:虽然平衡正移产生 $H^+$,但 $HCO_3^-$ 消耗 $H^+$ 的能力更强,且 $HCO_3^-$ 本身水解显碱性,综合效果是 pH 增大,但选项 B 只说了平衡移动和沉淀,这是最直接的后果。选项 A 说逆向移动错误。选项 C 说逆向移动错误。选项 D 说 pH 减小错误,因为 $H^+$ 被消耗,pH 增大)。
- 修正判对标准:
- 正确选项是 B。
- 理由:$HCO_3^-$ 与 $H^+$ 反应,降低 $c(H^+)$,促使 $Fe^{3+}$ 水解平衡正向移动,生成 $Fe(OH)_3$ 沉淀。
- 关于 pH:$H^+$ 被消耗,pH 增大。所以 A 的“pH 增大”对,但“逆向移动”错。D 的“正向移动”对,但“pH 减小”错。
- 因此,只有 B 的描述(正向移动,产生沉淀)是完全符合平衡移动原理的直接结果。
容易错在哪儿 ▾点开看
这一步没懂?写一句问老师 ›
内容由卡片自动生成 · 有不对的地方告诉老师
这张卡有问题?告诉老师 ›