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24化学中的水解平衡
第二单元化学中的平衡
2.4盐类的水解平衡
【知识结构】
【考点诠释】
1.电离方程式、水解离子方程式、离子方程式的比较
电离方程式
水解离子方程式
离子方程式
区别
表示是电解质在水中离解成离子的过程
表示弱酸根、弱碱阳离子与水电离的H+、OH-反应过程
表示离子之间在溶液中发生的化学反应过程
联系
水解离子方程式也是离子方程式的一种
物质溶于水后,先发生电离,再发生离子反应
书写要求
强电解质用“→”
弱电解质用“
”
多元弱酸要分步写
水解弱,一般用“
”
“↑”“↓”均不标
多元弱酸根水解分步写
离子反应趋势大
离子方程式一般用“→”
“↑”“↓”均要标
表达方式
(NaHCO3为例)
NaHCO3→Na++HCO3-
HCO3-
H++CO32-
HCO3-+H2O
H2CO3+OH-
HCO3-+H+→CO2↑+H2O
HCO3-+OH-→H2O+CO32-
2.弱酸弱碱盐的互促水解与盐类的双水解
双水解是指两种盐溶液相遇不按正常反应生成两种新盐,而是完全水解成一种弱酸和一种弱碱,再分解成气体或析出沉淀。
实际上两盐溶液发生双水解的范围很狭窄。
在中学范围内只有铝盐或铁盐(Fe3+)溶液与CO32-、CO32-、HS-、S2-、AlO2-相遇才发生双水解反应(注:
Fe3+与HS-、S2-还会发生氧化还原反应),即溶液中的Al2S3、Fe2S3、Al2(CO3)3、Fe2(CO3)3不存在。
3CO32-+2Fe3++3H2O→3CO2↑+2Fe(OH)3↓3S2-+2Al3++6H2O→3H2S↑+2Al(OH)3↓
3AlO2-+Al3++6H2O→4Al(OH)3↓Al3++3HCO3-→Al(OH)3↓+3CO2↑(泡沫灭火器原理)
弱酸弱碱盐相对于强酸弱碱盐或者弱酸强碱盐来说,由于水解的互促,水解的程度更大一些。
如:
NH4Ac的水解程度要比NH4Cl、NaAc要大些,但不是说所有的弱酸弱碱盐的水解程度都很大,NH4Ac的水解程度就要比Na3PO4小。
同时也不要将双水解任意扩大,错误地认为弱酸根与弱碱阳离子之间均会发生双水解反应。
例:
NH4+、Cu2+和Ac-的水解会相互促进,但不能发生双水解,它们的水解仍然是可逆的,不会析出沉淀和气体。
NH4++Ac-+H2O
NH3·H2O+HAcCu2++2Ac-+2H2O
Cu(OH)2+2HAc
绝大多数盐和盐之间仍是按正常的复分解反应进行。
如:
FeSO4+Na2S→FeS↓+Na2SO42AgNO3+Na2CO3→Ag2CO3↓+2NaNO3
3.酸式盐溶液的酸碱性及对水电离的影响
强酸的酸式盐只能电离,不能发生水解,如NaHSO4的水溶液一定显酸性;弱酸的酸式盐既可电离,也可水解,其水溶液的酸碱性将由电离和水解以及阳离子等方面决定。
中学不研究弱酸弱碱酸式盐溶液的酸碱性,因此,对于强碱弱酸对应的酸式盐溶液的酸碱性就由电离和水解两个方面来决定。
当电离大于水解的趋势,其水溶液显酸性,如NaHSO3、NaH2PO4;当水解大于电离的趋势,其水溶液显碱性,如NaHCO3、NaHS、Na2HPO4。
当然,电离和水解的趋势哪个大最根本的是要由实验来判断。
酸式盐
溶液酸碱性
原因
相应方程式
水的电离
NaHSO4
酸性
只电离出H+显酸性
NaHSO4→Na++H++SO42-
抑制
NaHSO3
酸性
电离程度大于水解程度
显酸性
HSO3-
H++SO32-(大)
H2O+HSO3-
OH-+H2SO3(小)
NaH2PO4
H2PO4-
H++HPO42-(大)
H2O+H2PO4-
OH-+H3PO4(小)
NaHCO3
碱性
电离程度小于水解程度
显酸性
HCO3-
H++CO32-(小)
H2O+HCO3-
OH-+H2CO3(大)
促进
NaHS
HS-
H++S2-(小)
H2O+HS-
OH-+H2S(大)
Na2HPO4
HPO42-
H++PO43-(小)
H2O+HPO42-
OH-+H2PO4-(大)
4.盐类水解概念的扩展
除了盐的水解,其它许多物质也能与水发生类似于盐类水解的反应。
(1)离子化合物的水解(阴、阳离子分别结合水电离的H+和OH-)
CaC2+2H-OH→Ca(OH)2+C2H2↑(异电相吸)
Mg3N2+6H-OH→3Mg(OH)2↓+2NH3(异电相吸)
Na2O2+2H-OH→2NaOH+H2O2↑(异电相吸)
NaH+H-OH→NaOH+H2↑(异电相吸)
(2)共价化合物的水解(负电性原子与-H结合,正电性原子与-OH结合)
SiCl4+4H-OH→Si(OH)4(原硅酸)↓+4HCl(异电相吸)
PCl3+3H-OH→H3PO3+3HCl(异电相吸)
BrCl+H-OH
HCl+Br-OH(异电相吸)
(3)有机物的水解
C2H5-Br+H-OH
C2H5-OH+HBr(异电相吸)
CH3COOC2H5+H-OH
CH3CO-OH+HOC2H5(异电相吸)
(4)金属与水反应(本质与电离的H+反应,生成金属阳离子再结合OH-)
2Na+2H-OH→2Na++2OH-+H2↑
Mg+2H-OH→2Mg(OH)2+H2↑
(5)卤素单质与水反应(实质也是卤原子分别与水中的-H和-OH结合)
Cl-Cl+H-OH
H-Cl+Cl-OH
Br-Br+H-OH
H-Br+Br-OH
上述反应存在共同的特点,均是与水电离的H+或OH-(或者-H和-OH)反应,引起H+或OH-(或者-H和-OH)浓度的减少,促进水的不断电离,继续反应。
5.盐类水解的影响因素
(1)盐本身性质(见例1)
组成盐的碱相同对应的酸越弱,水解程度就越大,pH就越大;组成盐的酸相同对应的碱越弱,水解程度就越大,pH就越小。
(2)外界条件
盐类水解也是一种化学平衡,同样遵循勒夏特列原理。
以FeCl3、NaAc水解为例。
Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+
移动方向
水解程度
n(H+)
c(H+)
pH
升高温度
右移
增大
增大
增大
减小
通HCl
左移
减小
增大
增大
减小
加H2O
右移
增大
增大
减小
增大
加FeCl3(s)
右移
减小
增大
增大
减小
加NaHCO3(s)
右移
增大
减小
减小
增大
CH3COO-+H2O
CH3COOH+OH-
移动方向
水解程度
n(OH-)
c(OH-)
pH
升高温度
右移
增大
增大
增大
增大
加冰醋酸
左移
减小
减小
减小
减小
加H2O
右移
增大
增大
减小
减小
加醋酸钠(s)
右移
减小
增大
增大
增大
加NaOH(s)
左移
减小
增大
增大
增大
影响盐类水解的外界因素归纳如下:
①盐类水解的总量是随着盐浓度的增大而增大、温度的升高而增大;
②水解的程度(水解百分比)是随着盐浓度的增大而减小,随着温度的升高而增大;
③溶液的pH变化值ΔpH随盐浓度的增大而增大。
即强酸弱碱盐越浓,pH越小(如:
0.1mol/LNH4Cl溶液pH小于0.01mo1/LNH4Cl溶液),强碱弱酸盐越浓,pH越大(如:
0.1mol/LNa2CO3溶液pH大于0.01mol/LNa2CO3溶液)。
6.盐溶液离子浓度比较
(1)单一一元正盐溶液离子浓度
不水解离子>水解离子>水电离显性离子>水电离不显性离子
如:
NaAc:
c(Na+)>c(Ac-)>c(OH-)>c(H+),NH4Cl:
c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-)。
(2)单一二元弱酸正盐溶液离子浓度
不水解离子>水解离子>水电离显性离子>二级水解离子>水电离不显性离子
如:
Na2CO3:
c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)>c(H+),
Na2S:
c(Na+)>c(S2-)>c(OH-)>c(HS-)>c(H+),
(3)不同溶液中同一离子浓度比较
分析不同电解质溶液中同一离子浓度时,既要考虑盐的类型,又要考虑电离、水解对该离子浓度的影响。
如:
等物质的量浓度的NH4HSO4、NH4Cl、CH3COONH4、(NH4)2SO4、NH4HCO3溶液中c(NH4+)的大小顺序是:
(NH4)2SO4>NH4HSO4>NH4Cl>CH3COONH4>NH4HCO3。
因为(NH4)2SO4是二元盐,所是c(NH4+)是最大的,其余均是一元盐,就要考虑水解、电离对c(NH4+)影响。
NH4++H2O
NH3·H2O+H+,NH4HSO4电离产生H+抑制NH4+水解,所以c(NH4+)较大,CH3COONH4、NH4HCO3中的CH3COO-和HCO3-水解促进NH4+水解,所以c(NH4+)较小。
又由于酸性H2CO3更弱,水解的程度更大,c(NH4+)就更小。
(4)混合盐溶液
将0.1mol/LCH3COONa和0.1mol/LCH3COOH等体积混合后溶液显酸性,则溶液中离子浓度的大小顺序为:
c(CH3COO-)>c(Na+)>[c(CH3COOH)]>c(H+)>c(OH-)。
因为CH3COONa水解使溶液显碱性,CH3COOH电离使溶液显酸性,混合后溶液显酸性,说明电离程度大于水解程度,所以c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)。
水解和电离都是微弱的,所以c(CH3COOH)>c(H+)。
7.盐溶液中的三大守恒
(1)电荷守恒
溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数。
电荷守恒式即溶液中所有阳离子的物质的量浓度与其所带电荷乘积之和等于所有阴离子的物质的量浓度与其所带电荷的绝对值乘积之和。
电荷守恒
Na2CO3溶液
c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
NaHCO3溶液
c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
NH4Cl溶液
c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
NH4Cl和氨水混合液
c(NH4+)+c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
Na3PO4溶液
c(Na+)+c(H+)=3c(PO43-)+2c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(OH-)
NaH2PO4溶液
c(Na+)+c(H+)=3c(PO43-)+2c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(OH-)
Na2S溶液
c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)
NaHS溶液
c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)
NaAc溶液
c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
NaAc和HAc混合液
c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)
存在相同离子种类的不同溶液,电荷守恒式相同。
(2)物料守恒
某一组分(或元素)的原始浓度等于它在溶液中种存在形式的浓度总和。
就电解质溶液而言,物料守恒是指电解质发生变化(反应或电离)前某元素的原子(或离子)的物质的量等于电解质变化后溶液中所有含该元素的原子(或离子)的物质的量之和。
物料守恒
Na2CO3溶液
c(Na)=2c(C)即c(Na+)=2[c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)]
NaHCO3溶液
c(Na)=c(C)即c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)
NH4Cl溶液
c(N)=c(Cl)即c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(Cl-)
等物质的量
NH4Cl和氨水混合液
c(N)=2c(Cl)即c(NH4+)+c(NH3·H2O)=2c(Cl-)
Na3PO4溶液
c(Na)=3c(P)即c(Na+)=3[c(PO43-)+c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)]
NaH2PO4溶液
c(Na)=c(P)即c(Na+)=c(PO43-)+c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)
Na2S溶液
c(Na)=2c(S)即c(Na+)=2[c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)]
NaHS溶液
c(Na)=c(S)即c(Na+)=c(S2-)+c(HS-)+c(H2S)
NaAc溶液
c(Na)=c(Ac)即c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)
等物质的量
NaAc和HAc混合液
2c(Na)=c(Ac)即2c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)
实质上,物料守恒属于原子个数守恒。
(3)质子守恒
无论溶液中结合氢离子还是失去氢离子,但氢原子总数始终为定值,也就是说结合的氢离子的量和失去氢离子的量相等。
质子守恒式书写:
方法一:
通过“电荷守恒、物料守恒”进行“代数法”处理得出。
如:
Na2CO3溶液:
电荷守恒:
c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)……①
物料守恒:
c(Na+)=2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)……②
将②式减去①式得质子守恒:
c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
方法二:
首先选择溶液中大量存在并参予氢离子转移的微粒作基准,再找出失氢离子的产物和得氢离子的产物,然后根据失氢离子的总物质的量与得氢离子的总物质的量相等列出质子守恒式即可。
基准微粒
得氢离子产物
失氢离子产物
质子守恒式
Na2CO3溶液
H2OCO32-
H3O+HCO3-
H2CO3
OH-
c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)=c(OH-)
NaHCO3溶液
H2OHCO3-
H3O+H2CO3
OH-CO32-
c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-)
NH4Cl溶液
H2ONH4+
H3O+
OH-NH3·H2O
c(H+)=c(OH-)++c(NH3·H2O)
Na3PO4溶液
H2OPO43-
H3O+HPO42-
H2PO4-H3PO4
OH-
c(HPO42-)+2c(H2PO4-)+3c(H3PO4)+c(H+)=c(OH-)
NaH2PO4溶液
H2OH2PO4-
H3O+
H3PO4
OH-HPO42-
PO43-
c(H3PO4)+c(H+)
=c(OH-)+c(HPO42-)2c(PO43-)
Na2S溶液
H2OS2-
H3O+HS-H2S
OH-
c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)=c(OH-)
NH4HS溶液
H2OHS-
NH4+
H3O+H2S
OH-S2-
NH3·H2O
c(H+)+c(H2S)=
c(OH-)+c(S2-)+c(NH3·H2O)
方法二一般适合于单一溶质的溶液,混合溶液的质子守恒式最好采用方法一。
8.盐类水解知识的应用
(1)某些盐水溶液的配制
①配制氯化铁溶液时,常将氯化铁先溶于稀盐酸,然后加水稀释,抑制Fe3+水解。
②配制硫酸铜溶液时,常将硫酸铜先溶于稀硫酸,然后加水稀释,抑制Cu2+水解。
③配制硫化钠溶液时,常滴入几滴氢氧化钠溶液,抑制S2-水解。
(2)铝盐(明矾)、铁盐净水的原理
Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+
铝盐、铁盐水解生成Al(OH)3、Fe(OH)3胶体,具有吸附性,能够吸附水溶液中悬浊的杂质,达到净水的目的。
(3)化肥的使用
①长期使用(NH4)2SO4的土壤酸化
因为:
NH4++H2O
NH3·H2O+H+,NH4+水解产生H+,使溶液呈酸性。
②草木灰不能与铵态氮肥一起使用
草木灰主要成分为K2CO3,溶于水电离出CO32-离子,CO32-离子在水中会水解产生OH-离子:
CO32-+H2O
HCO3-+OH-,使溶液呈碱性。
铵态氮肥通常有NH4HCO3(碳铵)、NH4NO3(硝酸铵)、(NH4)2SO4(硫酸铵)等,它们都含有(NH4)+离子,NH4+离子在碱性条件下会生成易挥发的NH3(氨气)逸出,从而使氮元素损失。
(4)泡沫灭火器的原理
泡沫灭火器内有两个容器,分别盛放两种液体,它们是硫酸铝和碳酸氢钠溶液,两种溶液互不接触,不发生任何化学反应。
当需要泡沫灭火器时,把灭火器倒立,两种溶液混合在一起,就会产生大量的二氧化碳气体:
Al3++3HCO3-→Al(OH)3↓+3CO2↑
除了两种反应物外,灭火器中还加入了一些发泡剂。
打开开关,泡沫从灭火器中喷出,覆盖在燃烧物品上,使燃着的物质与空气隔离,并降低温度,达到灭火的目的。
(5)实验室制备氢氧化铁胶体原理
氢氧化铁胶体制备:
向沸腾的蒸馏水中逐滴加入1~2mL饱和FeCl3溶液,继续煮沸至液体呈红褐色,停止加热。
氢氧化铁胶体制备原理:
Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+,氯化铁的水解反应本身是一个吸热反应:
加热可以促使平衡向右移动,这就形成了氢氧化铁胶体。
(6)利用水解反应除杂的原理
Fe2+、Fe3+、M2+(M-Cu、Mg、Zn、Ca)、Al3+的除杂:
这是近几年高考实验命题的热点。
原理是利用Fe3+、M2+、Al3+水解完全生成沉淀所需的PH范围不同。
一般操作方法是:
先是加入氧化剂(氯气或H2O2),将Fe2+氧化成Fe3+,然后加入MO、M(OH)2、MCO3等其他物质(以不引入杂质离子为准),目的是消耗水解产生的H+,调节溶液的pH,促进Fe3+、Al3+水解。
待Fe3+、Al3+水解完全生成沉淀(此时其他离子不水解产生沉淀),过滤除去。
(7)化学反应现象解释
①氯化铵、氯化铝溶液中加镁条产生气体
原因:
NH4+、Al3+水解产生H+,使溶液呈酸性:
NH4++H2O
NH3·H2O+H+、Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+,镁与水解产生的H+反应产生H2:
Mg+2H+→Mg2++H2↑,同时促进NH4+、Al3+水解,产生氨气和Al(OH)3沉淀。
总离子方程式为:
Mg+2NH4+→2NH3↑+H2↑+Mg2+,3Mg+2Al3++6H2O→3H2↑+3Mg2++2Al(OH)3↓。
②贮存Na2CO3溶液为不能玻璃塞
因CO32-水解呈碱性,SiO2+2OH-→SiO32-+H2O,Na2SiO3有粘性,会使瓶颈和瓶塞粘在一起。
③热的纯碱溶液去污能力较强
纯碱为碳酸钠,碳酸钠水解呈碱性(CO32-+H2O
HCO3-+OH-),油污是属于酯类,不溶于水,所以不易被清除,但是在碱性条件下,水解成盐和醇,都可溶于水,可以被除去。
温度越高,水解更易,油污就更能被除去。
④NH4Cl除锈
先将NH4Cl溶液涂于金属铁表面,NH4+发生水解:
NH4++H2O
NH3·H2O+H+,生成的H+除铁锈。
⑤水垢的成分是CaCO3和Mg(OH)2
水垢的主要成分CaCO3和Mg(OH)2,基本不含MgCO3,因MgCO3微溶于水,长时间加热,水解生成了更难溶的Mg(OH)2:
MgCO3+H2O
Mg(OH)2+CO2↑
⑥FeCl3止血
在较小的伤口上,涂上FeCl3可有效止血。
这是利用Fe3+水解时产生的Fe(OH)3胶体,其胶粒带正电荷中和了和血液中带负电荷的胶粒,发生聚沉而使血液凝固。
(8)盐溶液蒸干析出物质
盐溶液蒸干析出物质必须考虑溶质的水解、分解和氧化。
归纳如下:
①加热浓缩不水解的盐溶液时一般得原物质;如:
NaCl、K2SO4。
②加热浓缩Na2CO3、MSO4(M=Na、K、Cu、Al)、NaAlO2型的盐溶液一般得原物质;因为水解产物是非挥发性的(注:
Na2CO3的第一步水解为主,产物是NaHCO3和NaOH)。
③加热浓缩MCln(M=Fe、Al、Cu、Mg、Zn)型的盐溶液,最后得到MCln和M(OH)n的混合物,灼烧得MOn/2。
因为水解产物为挥发性的酸。
④加热蒸干(NH4)2CO3或NH4HCO3、NH4X型的盐溶液时,得不到固体。
因为铵盐不稳定易分解,生成气态产物。
⑤加热蒸干MHCO3(M=Na、K、Ba、Ca)型的盐溶液时,最后得相应的正盐。
⑥加热Mg(HCO3)2、MgCO3溶液最后得到Mg(OH)2固体。
⑦加热MNO3(M=K、Na、Ca)溶液蒸干并灼烧得到MNO2。
⑧加热Na2SO3溶液蒸干并灼烧得到Na2SO4。
【例题精析】
【例1】下列各离子方程式中,不属于盐类水解反应的是
A.HCO3-+H2O
H3O++CO32-B.NH4++H2O
NH3·H2O+H+
C.AlO2-+2H2O
Al(OH)3+OH-D.H2PO4-+H2O
H3O++HPO42-
【考点分析】本题考查学生对盐类水解本质的认识。
【思维点悟】盐类水解的本质是弱酸根阴离子结合水电离H+产生OH-或者弱碱阳离子结合水电离的OH-产生H+的过程,所以BC是盐类水解离子方程式,AD是电离方程式。
【正确答案】AD
【例2】现有五种电解质溶液:
①Na2CO3②NaHCO3③NaNO2④CH3COONa⑤NaClO、⑥NaOH已知H2CO3、HClO、CH3COOH、HNO2都是弱酸,其电离平衡常数Ka分别为
H2CO3
HClO
CH3COOH
HNO2
4.3×10-7(Ka1)
5.6×10-11(Ka2)
3.0×10-8
1.8×10-5
4.6×10-4
(1)当六种溶液的pH相同时,其物质的量浓度由大到小的顺序是_______(填编号,下同);
(2)将上述物质的量浓度均为0.1mol/L的六种溶液,稀释相同倍数时,其pH变化最大的是。
(3)常温下,若NaOH溶液与CH3COONa溶液中水电离出的c(H+)之比为10-9,则这两种溶液的pH值之和为;若水的电离c(H+)之比为10a,则这两种溶液的pH值之和为。
【考点分析】此题考查学生能否根据酸的相对强弱判断盐溶液的酸碱性。
【误区警示】此题的①Na2CO3②NaHCO3学生不知道应用哪一个Ka值判断其水解程度的大小。
【思维点悟】
(1)组成盐的碱相同对应的酸越弱,水解程度就越大,pH就越大;Na2CO3对应的酸为HCO3-,应用Ka2,NaHCO3对应的酸是H2CO3,应用Ka1。
所以当盐的物质的量浓度相同时,盐溶液的pH大小顺序为:
Na2CO3>NaClO>NaHCO3>CH3COONa>NaNO2,NaOH是强碱,pH应最大。
当六种溶液的pH相同时,其物质的量浓度由大到小的顺序则恰好相反。
(2)将六种溶液进行稀释时,pH变化最大的应该是碱性最强的,所以为NaOH。
(3)设NaOH溶液pH值为X,CH3COONa溶液pH值为
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- 24 化学 中的 水解 平衡