高中化学选修四盐类的水解
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盐类的水解
【知识精讲深化思维】
要点一:盐溶液的酸碱性
1、探究盐溶液的酸碱性
(1)用pH试纸(或pH计、指示剂)测定下表中各溶液的酸碱性
(2)盐的类型与溶液的酸碱性
2、盐溶液酸碱性的理论分析
(1)NH4Cl溶液
(2)CH3COONa溶液
(3)NaCl溶液
要点二:盐类的水解
1、概念
在水溶液中,盐电离产生的离子与水电离产生的H+或OH-结合生成弱电解质的反应。
2、实质
在水溶液中盐电离出的弱酸的阴离子与H+结合(或弱碱的阳离子与OH-结合)破坏了水的电离平衡,水的电离程度增大,c(H+)≠c(OH-),使溶液呈碱性(或酸性)。
3、条件
可溶性盐中必须有弱酸阴离子或弱碱阳离子。
4、盐类的水解规律
有弱才水解,无弱不水解,谁强显谁性,同强显中性。
5. 盐类水解的特点
①可逆:水解反应是可逆反应。
②吸热:水解反应吸收热量。
③微弱:水解反应程度一般很微弱。
6、表示方法
(1)书写形式:盐类水解程度一般很小,水解时通常不生成沉淀和气体,书写水解的离子方程式时,一般用“
”连接,产物不标“↑”或“↓”。
(2)书写规律:
①多元弱酸盐的水解分步进行,以第一步为主。
如CO 32-
水解的离子方程式为:
__________________________________________________________________
②多元弱碱阳离子的水解方程式一步写完。
如Al 3+水解的离子方程式常写成: _____________________________________________________________________
④水解相互促进的盐 a. “完全水解”反应:
一种盐的阳离子与另一种盐的阴离子都能发生水解,两者混合,若两种离子水解趋于完全,此时用“=”连接反应物和生成物,水解生成的难溶物和气体可分别加“↓”“↑”。
如NaHCO 3与AlCl 3混合溶液反应的离子方程式:
____________________________________________________________________ b. “微弱水解”反应:
水解的阴、阳离子虽然相互促进反应,但水解程度仍然较小,不能趋于完全,其离子方程式书写同一般盐的水解离子方程式。
如NH 4Cl 和CH 3COONa 混合的离子方程式:
________________________________________________________________________________ 例题1-1、物质的量浓度相同的下列溶液中,符合按pH 由小到大的顺序排列的是( ) A .Na 2CO 3 NaHCO 3 NaCl NH 4Cl B .Na 2CO 3 NaHCO 3 NH 4Cl NaCl C .(NH 4)2SO 4 NH 4Cl NaNO 3 Na 2S D .NH 4Cl (NH 4)2SO 4 Na 2S NaNO 3
【解答】解:A .Na 2CO 3、NaHCO 3均水解显碱性,碳酸钠水解程度大,碱性强,而NaCl 为中性,NH 4Cl 水解显酸性,为pH 由大到小的顺序排列,故A 不选;
盐的类型 实例 是否水解 水解离子 溶液的pH 对水的电离的影响 强酸强碱盐 NaCl 、K 2SO 4 不水解 无
pH=7 无
强酸弱碱盐 NH 4Cl 、CuSO 4、FeCl 3
水解 NH 4+、Cu 2+、Fe 3+ pH <7 促进水的电离
强碱弱酸盐
Na 2S 、Na 2CO 3、NaHCO 3 水解
S 2-
、CO 32―、HCO 3― pH >7 弱酸弱碱盐 CH 3COONH 4、
(NH 4)2S
水解
CH 3COO ―、NH 4+、
S 2―
——
B.Na2CO3、NaHCO3均水解显碱性,碳酸钠水解程度大,碱性强,而NaCl为中性,NH4Cl水解显酸性,pH的排列顺序为先小后大,故B不选;
C.(NH4)2SO4、NH4Cl均水解显酸性,硫酸铵中铵根离子浓度大,水解后酸性强,pH最小,而NaNO3为中性,Na2S水解显碱性,为pH由小到大的顺序排列,故C选;
D.(NH4)2SO4、NH4Cl均水解显酸性,硫酸铵中铵根离子浓度大,水解后酸性强,pH最小,而NaNO3为中性,Na2S水解显碱性,pH由大到小再变大后减小,故D不选;
故选:C。
变式训练1-1、等物质的量浓度的下列稀溶液:①CH3COONa溶液;②Na2CO3溶液;③X溶液;④Ba (OH)2溶液.它们的pH依次增大,则X溶液不可能是()
A.氨水B.硅酸钠溶液C.NaOH溶液D.NaHCO3溶液
例题1-2、在一定条件下,Na2CO3溶液中存在水解平衡:CO32﹣+H2O⇌HCO3﹣+OH﹣.下列说法不正确的是()
A.通入CO2,溶液pH减小
B.加入少量NH4Cl固体,平衡向正反应方向移动
C.慢慢升高温度,逐渐增大
D.加入NaOH 固体,溶液的K W=c(OH﹣)•c(H+)增大
【解答】解:A、碳酸钠溶液中通入CO2会发生反应生成碳酸氢钠,实质是二氧化碳消耗氢氧根离子,促使平衡正向移动,所以碱性减弱,溶液pH减小,故A正确;
B、加入氯化铵固体,根据铵根离子水解显示酸性,消耗氢氧根离子,平衡正向移动,故B正确;
C、水解平衡是吸热的,升高温度,水解平衡正向移动,碳酸氢根离子浓度增加,碳酸根离子浓度减小,比值变大,故C正确;
D、水的离子积是温度的常数,加入NaOH 固体,温度不变,水的离子积K W不变化,故D错误。
故选:D。
变式训练1-2、有①Na2CO3溶液②CH3COONa溶液③NaOH溶液各25mL,物质的量浓度均为0.1mol/L,下列说法正确的是()
A.3种溶液pH的大小顺序是③>②>①
B.若将3种溶液稀释相同倍数,pH变化最大的是②
C.若分别加入25 mL 0.1 mol/L盐酸后,pH最大的是①
D.3种溶液中,由水产生的c(H+)大小顺序是①>③>②
要点三:盐类的水解的影响因素
1、内因
盐本身的性质。
组成盐的酸根离子对应的酸越弱或阳离子对应的碱越弱,水解程度就越大(越弱越水解)。
2、外因
①温度:水解是吸热反应,故升高温度,水解程度增大;反之,则减小。
②浓度:增大盐溶液的浓度,水解平衡向右移动,但水解程度减小;
加水稀释可以促进水解,使平衡右移,水解程度增大。
③酸碱性:向盐溶液中加H+,可以促进阴离子的水解,抑制阳离子的水解;
向盐溶液中加OH-,可以促进阳离子的水解,抑制阴离子的水解。
以CH3COONa为例探究外界因素对盐类水解的影响:
条件
C
(CH3COO-
)
C
(CH3COO
H)
C(OH-)C(H+)pH 水解程度
升温减小增大增大减小增大增大加H2O 减小减小减小增大减小增大
加CH3COOH 增大增大减小增大减小减小加
CH3COONa
增大增大增大减小增大减小加HCl 减小增大减小增大减小增大加NaOH 增大减小增大减小增大减小
例题3-1、如图所示三个烧瓶中分别装入含酚酞的0.01mol•L﹣1 CH3COONa溶液,并分别放置在盛有水的烧杯中,然后向烧杯①中加入生石灰,烧杯②中不加任何物质,向烧杯③中加入NH4NO3晶体.(1)含酚酞的0.01mol•L﹣1 CH3COONa溶液显浅红色的原因为(用离子方程式表示).
(2)实验过程中发现烧瓶①中溶液红色变深,烧瓶③中溶液红色变浅,则下列叙述正确的是.A.水解反应为吸热反应B.水解反应为放热反应
C.NH4NO3溶于水时放出热量D.NH4NO3溶于水时吸收热量
(3)向0.01mol•L﹣1 CH3COONa溶液中分别加入少量NaOH固体、浓盐酸、Na2CO3固体、FeSO4固体,使CH3COO﹣水解平衡移动的方向分别为、、、(填“左”“右”或“不移动”).
解:(1)醋酸根离子水解溶液呈碱性,溶液呈红色,CH3COO﹣+H2O⇌CH3COOH+OH﹣使溶液显碱性,故答案为:CH3COO﹣+H2O⇌CH3COOH+OH﹣;
(2)实验过程中发现烧瓶①中溶液红色变深,烧瓶③中溶液红色变浅,向烧杯①中加入生石灰与水反应生成氢氧化钙,放热,溶液红色加深,向烧杯③中加入NH4NO3晶体溶解后,铵根离子水解显酸性,和氢氧根离子反应促进醋酸根离子水解,溶液碱性减弱,颜色变浅;
A、水解反应是吸热反应,故A正确;
B、水解反应是吸热反应,故B错误;
C、NH4NO3溶于水时吸热,故C错误;
D、NH4NO3溶于水时吸收热量,故D正确;
故选AD;
(3)向0.01mol•L﹣1CH3COONa溶液中存在水解平衡,CH3COO﹣+H2O⇌CH3COOH+OH﹣使溶液显碱
性;加入少量浓盐酸平衡正向进行、加入NaOH固体平衡左移、加入Na2CO3固体溶解后碳酸根离子水
解显碱性使水解平衡左移;FeSO4的溶液中,亚铁离子会结合氢氧根离子,平衡正向进行,
故答案为:左;右;左;右.
变式训练3-1、浓度均为0.1mol/L的以下几种溶液:①NH4Cl;②NH3•H2O;③NH4HSO4;④(NH4)
SO4;⑤NH4HCO3;⑥(NH4)2CO3;⑦(NH4)2Fe(SO4)2,NH4+浓度由大到小的顺序是()2
A.④⑥⑦②③①⑤B.②⑤①③⑥④⑦C.⑥④⑦①⑤②③D.⑦④⑥③①⑤②
变式训练3-2、一定温度下,下列溶液的离子浓度关系式正确的是()
A.pH=5的H2S溶液中,c(H+)=c(HS﹣)=1×10﹣5mol•L﹣1
B.pH=a的氨水溶液,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1
C.pH=2的H2C2O4溶液与pH=12的NaOH溶液任意比例混合:c(Na+)+c(H+)=c(OH﹣)+c(HC2O4﹣)
D.pH相同的①CH3COONa②NaHCO3③NaClO三种溶液的c(Na+):①>②>③
要点四:盐类的水解的应用
1、盐类的水解在日常生活中的应用
(1)去污:热的纯碱水溶液去污能力较强,这是因为加热可使CO32-的水解程度增大,因而溶液碱性增强,去污能力增强。
(2)净水:明矾用于净水,这是因为Al3+水解产生的氢氧化铝胶体具有吸附性,水解的离子方程式为:Al3++3H2O⇋Al(OH)3+3H+,铁盐也具有类似的性质,也可以用于净水。
(3)灭火:泡沫灭火器内装有饱和的Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液,它们分别在不同的容器中。
当两溶液混合后,发生反应Al3++3HCO3-====Al(OH)3↓+3CO2↑,灭火器内压强增大,CO2、H2O、
Al(OH)3一起喷出,覆盖在着火的物质上,使火焰熄灭。
2、盐类的水解在农业生产中的应用
长期施用(NH4)2SO4,因NH4+的水解而使土壤的酸性增强:NH4++H2O⇋NH3.H2O+H+。
草木灰不能与
铵态氮肥混用,因草木灰的主要成分为K2CO3,属强碱弱酸盐,水解显碱性:CO32-+H2O⇋HCO3-+OH-,
生成的OH与NH4+发生反应:NH4++OH-====NH3↑+H2O,使氮肥肥效损失。
3、盐类水解在工业生产中的应用
制备无机化合物:TiCl4+(x+2)H2O(过量)⇋4HCl+Ti2O.xH2O经焙烧得TiO2。
4、离子共存的判断
Al3+与AlO2-、CO32-、HCO3-、S2-等因相互促进水解而不能大量共存
例题4-1、FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂,处理污水比FeCl3
高效,且腐蚀性小,请回答下列问题:
(1)FeCl3净水的原理是,FeCl3溶液腐蚀钢铁设备,除H+作用外,另一主要原因是(用离子
方程式表示);
(2)为节约成本,工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液得到FeCl3。
①若酸性FeCl2废液中c(Fe2+)=2.0×10﹣2mol•L﹣1,c(Fe3+)=1.0×10﹣3mol•L﹣1,c(Cl﹣)=5.3×10﹣2mol•L ﹣1,则该溶液的pH约为;
②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:
ClO3﹣+Fe2++=Cl﹣+Fe3++
(3)FeCl3在溶液中分三步水解:
Fe3++H2O⇌Fe(OH)2++H+K1
Fe(OH)2++H2O⇌Fe(OH)2++H+K2
Fe(OH)2++H2O⇌Fe(OH)3+H+K3
以上水解反应的平衡常数K1、K2、K3由大到小的顺序是。
通过控制条件,以上水解产物聚合,生成聚合氯化铁,离子方程式为:
xFe3++yH2O⇌Fe x(OH)y(3x﹣y)++yH+
欲使平衡正向移动可采用的方法是(填序号)。
a.降温b.加水稀释c.加入NH4Cl d.加入NaHCO3
室温下,使氯化铁溶液转化为高浓度聚合氯化铁的关键条件是;
(4)天津某污水处理厂用聚合氯化铁净化污水的结果如图所示,由图中数据得出每升污水中投放聚合氯化铁[以Fe(mg•L﹣1)表示]的最佳范围约为mg•L﹣1。
【解答】解:(1)Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质,可起到净水的作用;钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子,离子方程式是:2Fe3++Fe=3Fe2+,
故答案为:Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质;2Fe3++Fe=3Fe2+;
(2)①根据电荷守恒:c(Cl﹣)=2c(Fe2+)+3c(Fe3+)+c(H+)(酸性溶液中OH﹣浓度很小,在这里可以忽略不计),则c(H+)=c(Cl﹣)﹣2c(Fe2+)﹣3c(Fe3+)=1.0×10﹣2mol•L﹣1,则溶液pH=﹣lg1.0×10﹣2=2,
故答案为:2;
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁,则反应物中有氢离子参加,则生成物中有水生成,Cl元素的化合价从+5价降低到﹣1价,得到6个电子,而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价,失去1个电子,根据得失电子守恒,则氯酸根离子的系数为1,Fe2+的系数为6,则铁离子的系数也是6,氯离子的系数是1,根据电荷守恒,则氢离子的系数是6,水的系数是3,配平后离子方程式为:ClO3﹣+6Fe2++6H+=Cl﹣+6Fe3++3H2O,
故答案为:1;6;6H+;1;6;3H2O;
(3)铁离子的水解分为三步,且水解程度逐渐减弱,所以水解平衡常数逐渐减小,则K1>K2>K3;
控制条件使平衡正向移动,使平衡正向移动,因为水解为吸热反应,所以降温,平衡逆向移动;加水稀释,则水解平衡也正向移动;加入氯化铵,氯化铵溶液为酸性,氢离子浓度增大,平衡逆向移动;加入碳酸氢钠,则消耗氢离子,所以氢离子浓度降低,平衡正向移动,故选bd;
从反应的离子方程式中可知,氢离子的浓度影响高浓度聚合氯化铁的生成,所以关键步骤是调节溶液的pH,
故答案为:K1>K2>K3;bd;调节溶液的pH;
(4)由图象可知,聚合氯化铁的浓度在18~20 mg•L﹣1时,去除率达到最大值,污水的浑浊度减小,故答案为:18~20.
变式训练5、下列应用与盐类的水解无关的是()
A.纯碱溶液可去除油污
B.NaCl可用作防腐剂和调味剂
C.TiCl4溶于大量水加热制备TiO2
D.FeCl3饱和溶液滴入沸水中制Fe(OH)3胶体
要点四:溶液中离子浓度大小的比较方法
1、多元弱酸溶液
根据多步电离分析。
例如:在HPO溶液中,c(H+)>c(H2PO4-)>c(HPO42-)>c(PO43-)>c(OH-)。
2、多元弱酸的正盐溶液
根据弱酸根的分步水解分析。
例如:在NaCO溶液中,c(Na+)>c(CO32-)>c(OH-)>c(HCO3-)。
3、多元弱酸的酸式盐
要考虑酸式盐酸根离子的电离程度与水解程度的相对大小,如HCO以水解为主,NaHCO3溶液中c (Na+)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H+)>c(CO2-);而HSO以电离为主,NaHSO溶液中c(Na+)>c (HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-)。
中学阶段呈酸性的酸式盐溶液有:NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4(电离大于水解)。
其他酸式盐溶液一般呈碱性(水解大于电离)。
4、不同溶液中同一离子浓度大小的比较
要分析溶液中其他离子的影响。
例如:在相同的物质的量浓度的下列溶液中:a.NH4Cl b.CH3COONH4
c.NH4HSO4,c(NH4+)由小到大的顺序是c>a>b。
5、混合溶液中各离子浓度的大小比较
根据电离程度、水解程度的相对大小分析。
(1)分子的电离大于相应离子的水解。
例如:等物质的量浓度的NHCl与NH.HO的混合溶液中,c (NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+);等物质的量浓度的CH3COOH与CH3COONa的混合溶液中,c(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)。
(2)分子的电离小于相应的离子的水解。
例如:等物质的量浓度的NaCN和HCN的混合液中,各离子浓度的大小顺序为c(Na+)>c(CN-)>c(OH-)>c(H+)
(3)两种溶液中混合后若发生化学反应,则优先考虑化学反应,后考虑水解或电离的问题。
如将0.2mol/LCH3COONa溶液与0.1nol/LHCl溶液等体积混合时,由于发生化学反应HCl+CH3COONa→CH3COOH+NaCl,所以混合液实际上是CH3COONa、CH3COOH和NaCl的混合溶液且三者浓度相等。
由于CH3COOH的电离程度大于CH3COO-水解程度,故离子浓度大小顺序为c (Na+)>c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(H+)>c(OH-)。
2、用守恒规律进行比较
(1)电荷守恒
在电解质溶液中,不论存在多少种离子,溶液总是呈现电中性的,即阳离子所带的正电荷的总数等于阴离子所带的负电荷的总数。
如:在NaHCO3溶液中存在着Na+、CO32﹣、HCO3﹣、H+ 、OH-,必存在以下关系:;
(2)物料(原子)守恒
电解质溶液中,由于某些离子能够水解,离子种类增多,但原子总数是守恒的,如K2S溶液中S2-、HS-都能水解,故硫元素以S2-、HS-、H2S三种形式存在,它们之间有如下守恒关系:。
(3)质子守恒
任何溶液中,任何水溶液中水电离出的OH-与H+的量总是相等的。
若水电离出的H+或OH-被其他离子结合,或者是其他离子电离出H+或OH-,则要考虑这种影响。
如NaHCO3溶液中,
HCO3-+H2O HCO3-+OH-,
HCO3-CO32-+H+
溶液中的H+既有由水电离出的,还有HCO3—电离出的,故存在:
C(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)-c(CO32-)
注意:将原子守恒式与电荷守恒式进行适当的数学运算也可得出质子守恒。
总结:理清一条思路,掌握分析方法
【小试牛刀】
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)NaHCO3的水解离子方程式:HCO32-+H2O H3O+ + CO32-;()
(2)能水解的盐溶液一定成酸性或碱性。
()
(3)PH=5的NH4Cl溶液与PH=5的盐酸中,水电离出的c(H+)都等于1×10-9,mol/L。
()(4)盐溶液呈酸性,一定是强酸弱碱盐水解引起的。
()
(5)物质的量浓度相等的Na2CO3和CH3COONa溶液中,Na2CO3溶液的PH大。
()
答案::(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√
例题5、有4种混合溶液,分别由等体积0.1mol•L﹣1的两种溶液混合而成,①NH4Cl与CH3COONa ②NH4Cl与HCl ③NH4Cl与NaCl ④NH4Cl与NH3•H2O(混合液呈碱性).下列各项排序正确的是()
A.pH:②<①<③<④B.溶液中c(H+):①<③<②<④
C.c(NH4+):①<③<②<④D.c(NH3•H2O):①<③<④<②
解:A、酸性越强,PH越小,四种混合物中,②NH4Cl与HCl 的PH最小,④NH4Cl与NH3•H2O的PH最大,①NH4Cl与CH3COONa 的溶液显示中性,③NH4Cl与NaCl 显示酸性,故正确PH关系应该为:②<③<①<④,故A错误;
B、c(H+)=10﹣PH溶液中c(H+)越大,PH越小,借助上一选项可知,c(H+)正确顺序为:④<①<③<②,故B错误;
C、四种溶液中,④NH4Cl与NH3•H2O的c(NH4+)最大,>0.1mol•L﹣1;其次是②NH4Cl与HCl,接近0.1mol•L﹣1;①NH4Cl与CH3COONa,发生了双水解,铵离子浓度最小,所以正确排序为:①<③<②<④,故C正确;
D、由于④NH4Cl与NH3•H2O中,氨水是弱电解质,部分电离,c(NH3•H2O)最大,其次是①NH4Cl 与CH3COONa,发生了双水解,NH4+的水解程度稍大;氨水浓度最小的是②NH4Cl与HCl,几乎没有氨水存在,所以氨水浓度大小顺序为:②<③<①<④,故D错误;
故选C.
例题6、现有a mol/L NaX和b mol/L NaY两种盐溶液.下列说法不正确的是(若是溶液混合,则忽略混合时的体积变化)()
A.若a=b且pH(NaX)>pH(NaY),则酸性HX>HY
B.若a=b且c(X﹣)=c(Y﹣)+c(HY),则酸性HX>HY
C.若a>b且c(X﹣)=c(Y﹣),则酸性HX<HY
D.若a=0.1mol/L且两溶液等体积混合,则c(X﹣)+c(HX)=0.1mol/L
解:A、根据酸越弱,越水解可知,若a=b,则pH(NaX)>pH(NaY),则酸性:HX<HY,故A 错误;
B、若a=b且c(X﹣)=c(Y﹣)+c(HY),则HX是强酸,HY是弱酸,酸性HX>HY,故B正确;
C、若a>b且c(X﹣)=c(Y﹣),说明NaX水解,NaY不水解或是NaX水解程度大于NaY,酸越弱,越水解,所以酸性HX<HY,故C正确;
D、两种溶液混合以前,c(X﹣)+c(HX)=0.1mol/L,混合后的体积是混合前的两倍,所以c(X﹣)+c(HX)=0.05mol/L,故D错误.
故选AD.
变式训练5、室温下有下列四种溶液:①0.1mol/L氨水;②0.1mol/L NH4Cl溶液;③混合溶液:盐酸和NH4Cl的浓度均为0.1mol/L;④混合溶液:NaOH和氨水的浓度均为0.1mol/L.四种溶液中c(NH4+)由大到小排列正确的是()
A.②③④①B.②①③④C.③②④①D.③②①④
变式训练6、下列有关电解质溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是()
A.在0.1mol•L﹣1NaHCO3溶液中:c(Na+)>c(HCO3﹣)>c(CO32﹣)>c(H2CO3)
B.在0.1mol•L﹣1Na2CO3溶液中:c(OH﹣)﹣c(H+)=c(HCO3﹣)+2c(H2CO3)
C.向0.2 mol•L﹣1NaHCO3溶液中加入等体积0.1mol•L﹣1NaOH溶液:c(CO32﹣)>c(HCO3﹣)>c(OH ﹣)>c(H+)
D.常温下,CH3COONa和CH3COOH混合溶液[pH=7,c(Na+)=0.1mol•L﹣1]:c(Na+)=c(CH3COO ﹣)>c(CH3COOH)>c(H+)=c(OH﹣)。