师:今天我们学习高二人教版化学选择性必修一第三章第一节第二课时——电离平衡常数。本节课的学习目标如下:一是通过实验探究冰醋酸稀释过程中电导率的变化,建构电离平衡常数模型;二是通过数据分析推理影响电离平衡常数的因素;三是应用电离平衡常数模型进行定量计算,解释弱电解质在水溶液中发生的变化;四是掌握电离平衡常数的应用。

  我们在实验室做了冰醋酸中不断加水的溶液电导率变化实验,请大家观察并思考:随着加水量的增加,溶液中的电导率如何变化?电导率是以数字表示溶液传导能力,电导率越大,溶液的导电能力越强。通过实验,我们明显观察到电导率最初几乎为零,随着加水量的增加,电导率不断增大,接着先增后减,逐渐趋于一个很小的恒定值。电导率为什么出现如此变化?由此又能得出什么结论呢?请同学们思考。

  生:冰醋酸中离子浓度为0,故不导电,电导率为0。随着加水量增加,醋酸开始电离,平衡正向移动,离子浓度逐渐达到最大值,此时醋酸的电离率最大。继续加水,溶液不断被稀释,浓度逐渐减小,故电导率下降。无限稀释时,其浓度逐渐趋近纯水,所以电导率很小,逐渐趋向于恒定。

  师:大家从图上可以看到这些变化,由此能发现什么结论呢?其实,在一定条件下,若电解质的电离达到平衡时,溶液中各组分的浓度之间存在一定的关系。科学家们研究发现,对一元弱酸或一元强碱在一定条件下达到电离平衡时,溶液中弱电解质电离所生成的离子浓度的乘积与溶液中未电离分子浓度之比是一个常数,这个常数叫做电离平衡常数,简称电离常数。电离常数是表征弱电解质电离能力的物理量,电离常数越大,表示电解质越强。下面我们来看看如何表示电离平衡常数,即电离平衡常数的表达式。

  首先请看一元弱酸或弱碱,由于一元弱酸和弱碱只有一步电离,所以我们用Ka来表示一元弱酸的电离常数,a取自于酸(acid)英文单词的首字母。同理,我们用Kb来表示弱碱的电离平衡常数。譬如,我们以醋酸和一水合氨为例,书写出了它们的电离常数的表达式。请同学们按下暂停键,尝试书写一下一元弱酸和一元弱碱的电离常数表达式。

  (学生书写完毕)

  师:请大家对照一下你的书写。对于多元弱酸或弱碱,电离常数又该如何书写呢?通过前面的学习,我们知道多元弱酸是分步电离,且电离程度一步比一步小,多元弱酸的每一步电离均有其对应的电离平衡常数。我们通常用Ka?来表示它的第一步电离常数,用Ka?表示第二步电离平衡常数,以此类推。例如二元弱酸碳酸分两步电离,我们分别写出其对应的电离平衡常数。科学家们研究表明Ka?远大于Ka?,因此在进行酸性比较时,我们通常只考虑第一步。对于多元弱碱又怎么样呢?由于多元弱碱一般难溶,其电离通常不用电离常数来表达,而用难溶物的溶度积常数Ksp来表示。我们在本章第四节将会详细学习电离平衡常数的定义和表达式,那么电离平衡常数表示的意义又有哪些呢?下面我们通过观察数据探究一下。

  请看表一,常温下不同电解质的电离平衡常数的值,请大家观察表中的数据,能发现什么规律呢?

  生:通过观察可以看出以下规律:一、同一温度下不同电解质的电离常数不同,K值越大代表电离程度越大;二、电离常数可用于比较不同电解质的相对强弱,电离常数越大,对应的电解质越强。例如,我们可以利用表中的一系列数据进行对应酸的酸性强弱比较。

  师:请大家观察表2,不同温度下0.1摩尔每升醋酸溶液的电离平衡常数,尝试发现规律。

  生:通过观察可以得出:一、在不同温度下同一电解质的电离常数不同,电离常数只与温度有关;二、一般温度越高,电离常数越大,因为通常电离过程为吸热过程;三、电离常数随温度变化不大,因此室温下我们可以不考虑温度对电离平衡的影响。

  师:下面我们来总结一下电离平衡常数的影响因素。其主要因素是内因,即电解质本身的性质,若电解质的电离程度越大,则K值越大。外界的影响因素主要是温度,一般来说,温度越高,电离平衡常数越大。电离平衡常数K只与温度有关,与弱电解质溶液的浓度无关。一定温度下,表示弱电解质的电离平衡常数一般为定值。

  通过上面的学习,我们可以知道电离平衡常数与之前我们所学的化学平衡常数非常类似,在学习中我们可以采用多归一的方法进行总结记忆,以增强学习效果和减轻记忆的负担。下面我们进行电离平衡常数的计算与比较,请看例一,大家可以按下暂停键开始进行计算。

  (学生计算完毕)

  师:我们一起来进行分析。类比化学平衡的学习,我们可以采用三段式的计算法,首先写出其相应的电离平衡,然后将三组数据列到这里,即起始浓度、变化浓度和平衡浓度,接着进行数据处理。由于弱电解质的电离程度比较小,弱电解质的平衡浓度一般近似为起始浓度。最后书写出电离常数的表达式,代入数据即可以求得相应的数据。

  根据这道电离平衡常数的计算题,我们来建构出一道平衡常数计算题的思维模型,通常分为三步:第一步,根据弱电解质确定电离常数的表达式;第二步,进行数据的近似转化,一般题目有两个转化,一是电解质溶液的平衡浓度近似为起始浓度,二是电离产生的等比离子浓度近似相等,如一元酸HA电离出的氢离子浓度约等于酸溶液中的氢离子浓度,所以氢离子浓度近似等于A?的浓度;第三步,带入已知数据,求已知量。

  向试管内滴加2毫升1摩尔每升的醋酸溶液,再滴加1摩尔每升的碳酸钠溶液,请大家注意观察实验现象。

  生:反应剧烈,产生大量气泡。

  师:通过刚才的观察,我们可以看到当浓度的醋酸与碳酸钠溶液反应时,产生了大量的气泡,因此可以说明在这个反应中醋酸的酸性强于碳酸,实验说明了这一点。理论又怎样呢?我们来观察一下两种弱电解质的电离常数,同样可以看到醋酸的Ka值要大于碳酸的第一步电离的常数Ka?。由此得到了实验和理论的相互印证,因此我们可以利用复分解反应强酸制弱酸的原理,直接比较对应酸Ka值的大小。利用刚才所学的知识,大家来做一道题。

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《化学 选择性必修1 第3章《电离平衡》第2课时——《电离平衡常数》 逐字稿-4,495字 第5版》.docx
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