电解质溶液中粒子浓度大小比较

2015-06-14 00:33张红卫
化学教学 2015年5期
关键词:电解质解题策略粒子

张红卫

摘要:联系教学实际,从定性、定量两个角度认识电离平衡与水解平衡,从外因、内因两个角度认识影响平衡移动的因素。对三个守恒定律的来龙去脉、注意事项进行阐述,突…电解质溶液中粒子浓度大小比较所需的主十知识。介绍并分析了快速处理问题的解题策略。

关键词:电解质;粒子;浓度大小;解题策略

文章编号:1005 - 6629(2015)5 - 0086 - 04

中图分类号:G633.8

文献标识码:B

粒子浓度大小比较是电解质溶液的教学重点、考试热点,它涉及弱电解质的电离、溶液的酸碱性、盐类的水解等知识点。因综合性强,也就成了学生学习的难点。

本文在系统性理清主干知识的基础上,介绍解题策略,让学生看到什么问题,就用什么方法,见招拆招,以便学生能快速解决问题。

1 从定性到定量,认识两个基本理论

1.1 电离理论

弱电解质(弱酸、弱碱)在水溶液中的电离程度很小,主要以分子形态存在。

如25℃时,在0.1 mol/L的CH3COOH溶液中,其电离平衡常数Ka=l.76×10-5,电离度α(CH3COOH)=1.33%,c(CH3C00-)=1.33×10-3 mol/L。结合图1,能更形象地说明弱电解质在水溶液中的电离是微弱的。

当然,水作为一种极弱的电解质,其电离程度就更微弱了(通常最弱)。在25℃时,Kw=1.0×10-14,电离度α (H20)=1.8×10-7%,c(H+)=c(OH一)=1.0×10-7 mol/L。

所以,CH3COOH溶液中粒子浓度大小为:c(CH3COOH)>c(H+)>c(CH3COO-)>c(OH-).

1.2 水解理论

在水溶液中,盐电离出的弱离子(弱酸根离子或弱碱阳离子)进行水解反应的程度很小,它们主要以离子形态存在。

如25℃时,在0.1 mol/L的CH3COONa溶液中,其水解平衡常数Kh=5.68 x10 -10,水解度h(CH3COONa)=0.0075%,c(CH3COOH)=7.5×10-6 mol/L。结合图2,能更形象地说明盐电离出的弱离子在水溶液中的水解是微弱的。

所以,溶液中粒子浓度大小为:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(CH3COOH)>c(H+)。

在教学过程中,还可以用“西瓜与芝麻”、“九牛一毛”等词语,来加深对弱电解质电离、盐类水解程度比较微弱的认识。

2 从外因到内因,判断正逆主次关系

2.1 当不同电解质溶液中存在同一平衡时,通常要从外因出发,判断其他离子对同一比较对象所在平衡的影响:是促进,还是抑制

如在25℃时,浓度均为0.1 mol/L的下列四种溶液:①(NH4)2S04②NH4C1③NH4HS04④CH3COONH4,其c(NH+/4)的大小比较如下:

根据溶质的构成以及NH+/4的水解是微弱的,故有c(NH+/4):①>②③④。

NH+/4在溶液中有下列水解平衡:NH+/4+H20NH3.H20+H+,NH4HS04电离出的H+使上述平衡逆向移动,其剩余的c(NH+/4)相对于NH4C1略多;CH3COONH4电离出的CH3COO-水解呈碱性,使上述平衡正向移动,其剩余的c(NH+/4)相对于NH4C1略少,所以,c(NH+/4):③>②>④。

综上所述,四种溶液中c(NH+/4):①>③>②>④。

2.2 当同一电解质溶液中存在多个平衡时,通常要从内因出发,判断它们之间的主次(相对强弱)关系

(1)多元弱酸的电离是分步的,且以一级电离为主(一级电离产生的H+对二级电离平衡有抑制作用)。

如在H2S03溶液中,粒子浓度的大小关系由下列三个平衡决定:

(3)在等浓度的一元弱酸与该酸的强碱盐混合溶液,或二元弱酸的酸式盐(见例题B项)的溶液中,电离与水解并存,其主次关系,决定了溶液的酸碱性。反之,溶液的酸碱性也反映了电离与水解的主次关系。注意:溶液的酸碱性可由信息或事实进行判断。

如在25℃时,浓度均为0.1 mol/L的CH3COOH与CH3COONa混合溶液,pH=4.75。其粒子浓度的大小关系由下列三个平衡决定:

平衡时,根据信息pH=4.75,有:O.lα1+c>O.lα2+c,即:α1>α2。也就是说,CH3COOH电离大于CH3COONa水解。义因为两者都是微弱的,有:c (CH3COOH)=O.l-0.1αl+0.1α2略小于0.1;c(CH3COO-)=O.l+O.lαl-O.lα2略大于0.1。

所以,溶液中粒子浓度大小为:c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-).

在教学过程中,对于初学者或基础一般的学生,此处不宜解释为:因为“电离大于水解”,所以"c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)”。这样解释过于笼统,对此难点,建议列式比较。

3 从过程到结果,理解三个守恒定律

3.1 电荷守恒定律

电解质溶液中,不论存在多少种离子,溶液总呈电中性。即所有阳粒子所带正电荷总量等于所有阴粒子所带负电荷总量。

如:Na2C03溶液中的电荷守恒式:____________________________

注解:(1)写电荷守恒式时,首先要能找全溶液中的阴、阳离子,其方法是写全溶液中溶质与溶剂的电离、水解方程式。

(2)“

”前添“2”的理由:“

”表示“

”的物质的量,而电荷守恒式描述的是正、负电荷总量之间的守恒关系,乘以“2”,才能把离子的物质的量转化为离子所带负电荷的物质的量。同样,上式中的其他离子,它们前面都已乘以“1”,只不过“1”可以省去,但“2”不能省。这点特别要注意。

(3)电解质溶液中通常不用物质的量而用浓度来表示电荷总量之间的守恒关系,上式两边除以V溶液,即得用离子浓度表示的电荷守恒式:________________________________ 。

3.2 物料守恒定律

电解质溶于水后,某一粒子因为部分电离或水解,最终它会以多种形式存在。该粒子的起始浓度等于它在溶液中各种形式粒子的浓度和。

如:Na2CO3溶液中的物料守恒式:c(Na+)=____________________________。

注解:物料守恒式实际上是质量守恒定律的一种具体应用。此式中特别要注意:为什么有2倍关系,谁是谁的2倍,碳元素的存在形式有哪些?有三种存在形式。根据质量守恒定律有:____________________________________________,等式两端除以V溶液,即得用离子浓度表示的物料守恒式。

3.3 质子守恒定律

电解质溶液中,各种粒子失去的质子( H+)总量等于得到的质子总量。

如:Na2C03溶液中的质子守恒式:c(0H-)=c(H+)+________________ 注解:(1)快速书写质子守恒的方法一一图解法。

第一步:找出电解质溶液中能发生质子得失的粒子(基准态物质)。

第二步:写出基准态物质得失质子后的粒子。

第三步:根据得失质子的量(对应粒子的系数,这点特别要注意),写出质子守恒式。

Na2C03溶液中质子守恒式的图解法如图3所示。

(2)除了用图解法,还可用加减法书写质子守恒式。

Na2C03溶液中,电荷守恒式与物料守恒式相减(或相加),消去c(Na+)项,因为强离子(强酸根离子或强碱阳离子)既不得质子也不失质子,同样可得其物料守恒式。

4 从知识到方法,掌握四个解题策略

学生在把知识点掌握到位后,还需掌握解题策略。根据粒子浓度大小比较的常见题型,笔者确定“两者反应定溶质、单个比较找来源,看见等号用守恒,对照答案再替换”为解题策略,供学生参考应用。下面举一例说明。

例25℃时,下列有关溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是(

A.pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合:

c(CH3COO-)>c(Na+)>c(CH3COOH)

B.0.1 mol/L的NaHCO3溶液:

解析:A项,“两者反应定溶质”,不仅要确定反应后溶质的类别,还要确定溶质间浓度的相对大小。已电离的CH3COOH和NaOH恰好完全反应生成CH3COONa,由于醋酸的电离是微弱的,所以反应后的溶质为少量的CH3COONa和大量的CH3COOH。根据内因:CH3COOH电离大于CH3COONa水解,且两者都是微弱的;外因:c(CH3COOH)》c(CH3COONa)。再模仿本文2.2(3)的列式比较法,得:c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(Na+),即可判断A项错。

B项,“单个比较找来源”,就是书写相应的电离、水解方程式,找出比较对象的来源,然后根据电离、水解的程度再进行大小比较。________、c(H2C03)的大小取决于下面两个平衡的主次关系:

根据溶液呈碱性的事实,有c(OH一)>c(H+)。即HC03的水解大于电离。再结合水解、电离都是微弱的,即可判断B项正确。

C项,“看见等号用守恒”,若守恒式某边的微粒含有同一种特定元素(非氢、氧元素),如“碳”元素,考虑物料守恒,又因为:________,即可判断C项错误。

D项,若守恒式两边的微粒分别为全阳、全阴离子,则考虑电荷守恒式,不必再考虑质子守恒式。当然,在解答过程中,还需“对照答案再替换”。这就是常说的逆向思维或拐一、二个弯。根据电荷守恒得:____________________________,对照答案,只需____________,即可判断D项正确。

正确答案为:B、D

当然,没有哪一种方法能全面覆盖。电解质溶液中粒子浓度大小比较作为教学的重点、难点,教师还要通过后续教学精选、精析例题,做到具体问题具体分析,才能让学生更加全面掌握、灵活运用。

参考文献:

[1]北京师范大学等.无机化学(第三版)[M].北京:高等教育出版社,1992

[2]刘树领.电解质溶液教学中常见疑难点的探究[J].化学教学,2013,(6):74~76

[3]田益明.溶液粒子浓度大小比较的解题策略[J].化学教学,2012,(7):72~74

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