师:同学们,今天我们要学习高二人教版化学选择性必修一第三章第一节电离平衡的第一课时。本节课的学习目标如下:一、能从宏观和微观层面认识强电解质和弱电解质,并用电离方程式表征其电离过程;二、认识弱电解质存在电离平衡,能类比化学平衡特点描述电离平衡特点;三、通过实验探究外界因素对弱电解质电离平衡的影响;四、运用电离平衡知识解析生活问题。
盐酸和醋酸是常见的两种酸,用途差异大。盐酸常用于清洁卫生洁具,像某些洁厕灵;醋酸是食用白醋主要成分。为何用途不同?因为酸性不同。如何通过实验证明?首先,用pH试纸检测浓度均为0.1摩尔每升的盐酸和醋酸的pH。实验可见,0.1摩尔每升盐酸pH值为1,等浓度醋酸溶液pH值约为4,说明等浓度盐酸中氢离子浓度更大。
这是定性实验,能否从定量角度进一步说明?可以利用等浓度等体积的盐酸、醋酸与足量镁条反应。酸与镁条反应产生氢气,测定相同时间内氢气物质的量,可反映氢离子浓度大小,证明酸性相对强弱。这里选用压强传感器,依据理想气体状态方程,相同温度、容积下,气体压强与物质的量成正比,能通过压强变化反映氢离子浓度。
实验装置连接压强传感器、反应发生装置和数据采集装置,电脑显示屏实时呈现锥形瓶压强变化。因醋酸与镁条反应时间长,已提前采集好数据。来看传感器采集到的盐酸与镁条反应压强变化曲线,选取相同时间对比。反应前期T1时,2摩尔每升盐酸与镁条反应,锥形瓶中气体压强较大,醋酸的较小,且盐酸对应的压强曲线斜率较大,说明反应前期T1时盐酸与镁条反应产生氢气多、速率快,即等浓度盐酸中氢离子浓度更大。
两个实验都证明盐酸酸性强于醋酸。酸性不同本质原因是什么?从微观层面看,氯化氢分子在水中完全电离成氢离子和氯离子,醋酸分子只有部分能电离出氢离子和醋酸根。基于此,像氯化氢这样在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质,在水溶液中以离子形式存在;像醋酸这样在水中只能部分电离的电解质称为弱电解质,在水中除部分电离出的离子外,还存在分子形式。
从物质类别看,强酸、强碱、大部分盐属于强电解质,弱酸、弱碱如一水合氨、氢氧化铝、水,极少数盐如醋酸铅、氯化汞属于弱电解质。如何用化学符号表征强弱电解质的电离过程?用电离方程式表示,强电解质用等号表示完全电离,等号左边写电解质,右边写电离出的离子;弱电解质用可逆号表示部分电离。
弱电解质电离方程式书写注意:一元弱酸、一元弱碱电离用一步表示,如醋酸分子部分电离成醋酸根和氢离子,一水合氨部分电离成铵根和氢氧根;多元弱酸电离分步进行,以第一步电离为主,如碳酸分子先部分电离成碳酸氢根和氢离子,碳酸氢根再部分电离成碳酸根和氢离子;多元弱碱电离分步进行,但情况复杂,一般用一步电离表示,如氢氧化铜部分电离成一个铜离子和两个氢氧根。
下面,请同学们举一反三,写出下列物质在水溶液中的电离方程式,请按下暂停键开始练习。好,一起订正答案。要注意,醋酸铵和硫酸氢钾属于强电解质,在水中完全电离,用等号;次氯酸和磷酸是弱酸,属于弱电解质,用可逆符号,且磷酸是三元弱酸,需分三步电离。
接下来看两个关于强弱电解质的说法,请判断正误。判断一:强电解质溶液导电能力一定比弱电解质溶液强。这个说法错误,溶液导电能力由溶液中自由移动离子浓度和离子所带电荷数决定,与电解质强弱无关。判断二:等体积等物质的量浓度的盐酸和醋酸与镁条反应,盐酸消耗镁条质量等于醋酸消耗的。这个说法正确。回顾实验二的压强曲线图,等体积等浓度盐酸和醋酸溶液中,盐酸中氢离子浓度大,但反应结束时,两锥形瓶内气体压强几乎相等,说明产生氢气几乎相同,也就证明消耗镁条质量相等。为什么呢?因为醋酸电离是可逆过程,反应中镁条消耗氢离子,促使醋酸分子不断电离出所有氢离子,即醋酸溶液存在电离平衡,外界因素影响使电离平衡移动。
电离平衡和化学平衡一脉相承,一定条件下,当弱电解质分子电离成离子速率和离子重新结合成分子速率相等时,电离达到平衡状态。电离平衡有什么特点?类比化学平衡分析,弱电解质达到电离平衡时,溶液各组分浓度保持恒定不变,体系处于动态平衡,改变影响平衡条件,平衡会变化。对于弱电解质电离平衡特点,可归纳为6个字:弱、逆、等、定、动、变。
