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学法指导:电离平衡

电离平衡是中学化学教学中的重点和难点,是平衡知识的进一步深化,是对弱电解质的深刻理解,是辩证处理问题的集中体现。下面从以下八个方面对典型问题进行类析。

一、把握程度,抓大放小

应充分认识到弱电解质的电离和盐类水解的程度一般都很小,电离度或水解度在千分之几或百分之几,因此,实际溶液中存在的大部分是初始微粒。例如,在CH3COOH溶液中大量为CH3COOH分子,少量CH3COO,在CH3COONa溶液中大量为CH3COO而CH3COOH分子很少。强电解质全部电离,弱电解质部分电离。弱酸弱碱的多元电离和盐的多级水解层次分明,一级水解远大于二级水解,一级电离远大于二级电离,因此,溶液的酸碱程度主要取决于一级电离或水解。水是极弱的电解质,只要温度一定就一定。溶液c(H)越大c(OH)就越小。溶液的酸碱性c(H)c(OH)的相对大小决定,这些都可作为离子浓度大小比较的依据。

二、合理近似,简化计算

为了满足实际需要,使计算结果控制在误差允许范围之内,在求两个数之和或差时,把相差到两个数量级以上,较小的数当作零来处理。尤其在计算pH时,常常忽略较小的酸碱浓度,忽略水的电离。另外,在沉淀溶解平衡中,加入可溶性盐时,由于可溶性盐的离子浓度远大于沉淀溶解的离子浓度,因此,在相应的离子浓度求和时,往往可以忽略沉淀的溶解电离。这样的近似处理使计算大大简化。

强酸强碱发生中和,在滴定终点时,pH会发生突变,也就是一滴或半滴溶液就会使pH陡变几个单位。因此,指示剂甲基橙和酚酞二者虽不是在中性变色,但对于强酸强碱中和都能满足实际需要。但是在弱酸弱碱体现酸碱性时,pH变化1个单位,酸碱的浓度就会几十倍、上百倍地变化。强酸弱碱因中和后显酸性,指示剂只能选择甲基橙。强碱弱酸中和之后显碱性,指示剂只能选择酚酞,不能混用,这样误差要小一些。

三、平衡集聚,质同归一

弱电解质有电离平衡常数,盐类水解有水解平衡常数,水有离子积常数,沉淀有溶度积常数。这些常数同出一门,纯液体、固体不做计算,常数只受温度影响。因此平衡发生移动,平衡常数不一定变。平衡移动的方向皆遵循勒夏特列原理:减小压强,平衡向气体分子数增多的方向进行,稀释溶液,平衡向微粒数增多的方向进行。

体系存在多个平衡,离子共享,牵一发动全身,因此,一种离子浓度发生改变,将会引起多个平衡发生移动,最终各个体系都达到自己的平衡状态。

酸的电离平衡常数与酸根水解平衡常数的积,碱的电离平衡常数与相应阳离子水解平衡常数的积都等于心,这一点为盐类越弱越水解提供了理论依据,为平衡常数的相关计箅提供了公式,为相关问题的解决指明了方向。

四、思维转换,张弛起伏

浓醋酸比稀醋酸电离程度小c(H)小。浓醋酸钠比稀醋酸钠水解程度小,pH小,碱性溶液中可以存在CH3COOH分子。稀释氨水时,溶液中的微粒浓度大部分在减少,c(H)在增大。强电解质溶液中没有溶质分子,但有溶剂分子。在常温下,水电离c(H)=1×10-7mol/L,溶液不一定呈中性,如NH4Cl和HCl的混合溶液显酸性,氨水和NH4Cl混合液显碱性,溶液中的物质对水的电离促进和抑制相抵消。另外,对离子浓度的负对数处理也是对常规数据理解的冲击。

五、追求平等,尊重差异

酸碱中和反应是指酸能提供的H数目与碱能提供的OH数目相等。在此只是强调了“能”,所以在中和NaOH时,CH3COOH等效于HCl,体现了规则面前人人平等。但酸碱完全中和不一定呈中性,由此可见,中和反应在平等中又尊重了个体的差异。如弱酸、弱碱中和后,生成的阴阳离子还会水解,使溶液呈酸性或碱性。

在中和滴定时,标液和待测液均可在锥形瓶中,标液与待测液浓度最好尽可能接近,这样实际误差较小。锥形瓶中溶液在加入之前要斤斤计较溶液的浓度,一旦加入后,将由关注浓度转化为关注溶质的物质的量,因此,锥形瓶是不能润洗的。另外,在实际操作中为了便于振荡,还可以加入一定量的水。

在溶液中,不溶物之间可以相互转化,只要物质的离子积大于溶度积,就生成沉淀,因此,难溶物质也可转化为较易溶的物质,但不是都可进行,因为离子的浓度不是能无限制地提供。易溶物质转化为难溶物质好办,难溶物质转化为易溶物质难。两种不溶物的相差越小,相互转化越容易。

六、理清主次,掌握本质

在CH3COOH溶液中加入CH3COONa,pH增大,主要是CH3COO对CH3COOH电离的抑制,而不是CH3COO水解导致。Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液是由于NH4与OH结合生成弱电解质NH3·H2O,促进了Mg(OH)2的溶解,而不是NH4水解显酸性,导致Mg(OH)2溶解。这主要原因是参与水解的微粒很少,大量是以相应离子存在。

碱溶液混合之c(H)都是由水电离的,水的电离要受碱混合c(OH)制约,因此,计算碱性溶液的pH须知心,而酸混合后的pH计算直接c(H)。

浓的酸碱可忽略水的电离,但随着不断稀释,水的电离作用越来越大,不能忽略。

七、比较鉴别,深刻理解

在强弱电解质进行对比时,要明确pH相同和物质浓度相同对于溶液的内涵影响很大。它不仅包含电离程度大小,还包含酸碱元素的差异。另外,对弱电解质来说,配制一定物质的量浓度比配制一定的pH溶液容易操作,强电解质就无所谓了。

溶解度和溶度积都可用来描述物质的溶解性,溶解度是个特定质量,要受物质微粒大小制约,溶度积是从微粒浓度来衡量。因此,在反映物质溶解性时,溶度积突出了本质,更科学一些。但比较两种物质的溶解性时,不能单看离子积,还应关注它们化学式的形式是否相同,这样考虑才会更加全面。

八、理解守恒,借助守恒

在溶液中,由于部分微粒的电离或水解使微粒的存在形式多样化,但微粒中的核心原子的个数不会变。因此,在溶液中不发生变化的和发生变化的微粒的总和就存在固定的关系,这也就是元素守恒或原子守恒。

任何溶液都是呈电中性的,也就是指溶液中所有阳离子所带的正电荷总数与阴离子所带的负电荷总数相等,这样很自然把酸碱性就糅合到等式中了。c(H)与c(OH)的不等与其他阴阳离子的浓度的不等相互可以推导。

对H和OH来说,水是成对电离的,因此,尽管它们的存在方式可以变化,但水电离出的所有H和OH数目是相等的。这就是质子守恒的意义。

以上三个等式关系,已知其中两个都能推导出第三个。尤其在多物料的溶液中,三个守恒是把不同微粒拉在一起的方法,是解决复杂问题的突破口。

(责任编辑:化学自习室)
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