选择性必修1 化学 电离平衡常数及其应用 逐字稿-2497字
师:同学们好,我们今天继续学习电离平衡的第二课时——电离平衡常数及其应用。首先,我们回顾一下已经学过的知识:化学平衡常数。对于一个一般的可逆反应,当反应在一定温度下达到平衡时,生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度幂次方乘积之比是一个常数,这个常数我们称之为化学平衡常数,用字母K表示,这就是化学平衡常数的表达式。
在上一节课中,我们学习了电离平衡。以醋酸为例,醋酸是一种弱电解质、弱酸,它能够电离出醋酸根离子和氢离子,又能够重新结合成醋酸分子。当醋酸分子电离成离子的速率等于离子重新结合成分子的速率时,就达到了电离平衡。电离平衡是化学平衡的一种,它当然也有平衡常数。那么,请同学们写出在醋酸溶液中醋酸达到电离平衡时的平衡常数表达式。这是醋酸电离的方程式,请大家试着书写一下。
生:(书写)
师:根据平衡常数的定义,我们可以写出醋酸电离平衡的常数表达式:它等于平衡时醋酸根离子浓度乘以氢离子浓度,再除以醋酸的浓度。我们用字母Ka来表示,这个“a”表示弱酸的平衡常数。
在一定条件下,当弱电解质——这里我们先研究一元弱酸或一元弱碱——的电离达到平衡时,溶液中弱电解质电离所生成的各种离子浓度的乘积,与溶液中未电离分子的浓度之比是一个常数。这个常数我们叫做电离平衡常数,简称电离常数。值得注意的是,同一弱电解质的稀溶液,电离常数只与温度有关,或者说电离常数是温度的函数。
有了电离平衡常数表达式,我们可以用它来进行相关计算。来看这样一道例题:在某温度时,溶质的物质的量浓度为0.2 mol/L的氨水中,达到电离平衡时,已电离的一水合氨为1.7×10⁻³ mol/L。试计算该温度下一水合氨的电离平衡常数。
弱碱的电离平衡常数,我们用Kb来表示。一水合氨的电离方程式及有关粒子的浓度如下。在这里,我们可以采用“三段式”或者说“三部曲”来进行计算,分别列出各粒子的起始浓度、变化浓度以及平衡浓度。
起始时,一水合氨的浓度为0.2 mol/L,铵根离子和氢氧根离子浓度均为0。题目已知已电离的一水合氨浓度是1.7×10⁻³ mol/L。根据变化浓度之比等于方程式中的计量系数之比,我们可以知道,变化的铵根离子和氢氧根离子的浓度也都为1.7×10⁻³ mol/L。那么,平衡时一水合氨的浓度为0.2减去1.7×10⁻³,而铵根离子及氢氧根离子的浓度均为1.7×10⁻³ mol/L。由于已电离的一水合氨与起始浓度相比变化较小,所以平衡时剩余的一水合氨浓度近似仍为0.2 mol/L。
将上述数据代入一水合氨的电离平衡常数表达式计算,得到Kb约为1.4×10⁻⁵。这是用化学平衡表达式进行的计算。
那么,对于多元弱酸或多元弱碱,它的电离平衡常数又是怎样的呢?我们以碳酸为例。碳酸是一个二元弱酸,它能够分步电离出两个氢离子。对于第一级电离,我们用Ka1来表示。根据平衡常数表达式的定义,我们可以写出它的定义式。查阅资料,碳酸的第一级电离平衡常数为4.5×10⁻⁷。同理,根据电离平衡常数表达式可以得到Ka2为4.7×10⁻¹¹。通过数据我们可以知道,碳酸的第一级电离平衡常数远远大于第二级电离平衡常数。其余弱酸或弱碱也基本符合这个规律。正是由于这个原因,在计算多元弱酸中的氢离子浓度或多元弱碱中氢氧根离子浓度时,或者在比较多元弱酸或多元弱碱的酸性、碱性强弱时,通常只考虑第一级电离。