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发布于 2026-06-16 / 0 阅读
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03 - 水溶液中的离子反应与平衡

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知识点1 电解质

1. 强电解质与弱电解质

类别 电离程度 溶液中存在形式 电离方程式 常见物质
强电解质 完全电离 只有离子(水和离子) 用"→"或"=" 强酸、强碱、大多数盐
弱电解质 部分电离 分子与离子共存 用"⇌" 弱酸、弱碱、水、少数盐

⚠️ 注意:区分电解质强弱的依据是电离程度(是否完全电离),而非溶解度。如 BaSO₄ 难溶于水但溶于水的部分完全电离,是强电解质。

2. 弱电解质的电离平衡

特点 说明
特征 具有化学平衡的一切特征(逆、等、动、定、变)
影响因素 ①温度:升温促进电离(电离过程吸热) ②浓度:稀释促进电离(越稀越电离) ③同离子效应:加入相同离子抑制电离

3. 电离常数(Kₐ / K_b

概念 表达式与说明
弱酸电离常数 CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺Kₐ = [CH₃COO⁻][H⁺] / [CH₃COOH]
弱碱电离常数 NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻K_b = [NH₄⁺][OH⁻] / [NH₃·H₂O]

💡 说明KₐK_b)只与温度有关,温度越高 KₐK_b)越大。Kₐ 越大,弱酸酸性越强;K_b 越大,弱碱碱性越强。多元弱酸分步电离,Kₐ₁ ≫ Kₐ₂ ≫ Kₐ₃


知识点2 水的电离与pH

1. 水的电离

H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻(更准确)

2. 水的离子积常数(K_w

K_w = [H⁺] · [OH⁻]
温度 K_w
25℃ 1.0 × 10⁻¹⁴
100℃ 约 5.5 × 10⁻¹³(水电离吸热,升温 K_w 增大)

⚠️ 注意K_w 只与温度有关。不论溶液是酸性、碱性还是中性,[H⁺] · [OH⁻] = K_w 恒成立。

3. 溶液的酸碱性与pH

[H⁺][OH⁻] 关系 酸碱性(25℃ pH
[H⁺] = [OH⁻] = 1×10⁻⁷ mol/L 中性 pH = 7
[H⁺] > [OH⁻] 酸性 pH < 7
[H⁺] < [OH⁻] 碱性 pH > 7

4. pH的计算

pH = -lg[H⁺](H⁺浓度取 mol/L)
pOH = -lg[OH⁻]
pH + pOH = 14(25℃)
溶液类型 pH计算方法
强酸溶液 [H⁺] = c_酸 × n(n为每分子能电离出的 H⁺ 数)
强碱溶液 先算 [OH⁻],再求 pOH,最后 pH = 14 - pOH
两强酸混合 先算混合后 [H⁺]_总
两强碱混合 先算混合后 [OH⁻]_总
强酸与强碱混合 先判断过量,再用过量物质计算

5. 酸碱指示剂

指示剂 变色范围(pH) 酸色 碱色
甲基橙 3.1 ~ 4.4 红色 黄色
石蕊 5.0 ~ 8.0 红色 蓝色
酚酞 8.2 ~ 10.0 无色 红色

💡 说明pH = 7 时溶液呈中性仅在 25℃ 时成立。温度改变后,中性溶液的 pH ≠ 7。判断溶液酸碱性的根本依据是 [H⁺][OH⁻] 的相对大小。


知识点3 酸碱中和滴定

1. 定义与原理

用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。

c(H⁺) · V_酸 = c(OH⁻) · V_碱(以一元酸和一元碱为例)
即:n(H⁺) = n(OH⁻)

2. 指示剂的选择原则

原则 说明
变色灵敏 变色范围窄,变色明显
变色范围与滴定终点pH突变范围一致 确保刚好在滴定终点时变色
强酸滴定强碱 甲基橙或酚酞均可
强酸滴定弱碱 选用甲基橙(酸性范围变色)
强碱滴定弱酸 选用酚酞(碱性范围变色)

⚠️ 注意:石蕊因变色不灵敏,一般不用作中和滴定指示剂。

3. 滴定终点判断

指示剂 终点颜色变化
酚酞(碱滴定酸) 无色 → 浅红色(半分钟内不褪色)
酚酞(酸滴定碱) 浅红色 → 无色
甲基橙(碱滴定酸) 红色 → 黄色
甲基橙(酸滴定碱) 黄色 → 橙色

4. 误差分析(以标准盐酸滴定未知NaOH溶液为例)

操作错误 V_标 的影响 对测定结果 c(NaOH) 的影响
滴定管未用标准液润洗 偏大 偏高
锥形瓶用待测液润洗 偏大 偏高
锥形瓶中溶液溅出 偏小 偏低
滴定前有气泡,滴定后气泡消失 偏大 偏高
读数时仰视(滴定前) 偏小 偏高
读数时仰视(滴定后) 偏大 偏高
滴加过快,未充分摇匀 偏大 偏高
指示剂用量过多 偏大 偏高

💡 说明:误差分析的核心:c_待 = c_标 · V_标 / V_待,分析各项操作对 V_标 的影响即可判断结果。


知识点4 盐类水解

1. 盐类水解的实质与规律

盐电离出的离子 + 水电离出的 H⁺ 或 OH⁻ → 弱电解质
盐的类型 举例 水解情况 溶液的酸碱性
强酸强碱盐 NaClKNO₃Na₂SO₄ 不水解 中性(pH = 7
强酸弱碱盐 NH₄ClFeCl₃CuSO₄AlCl₃ 弱碱阳离子水解 酸性pH < 7
强碱弱酸盐 Na₂CO₃NaHCO₃CH₃COONa 弱酸阴离子水解 碱性pH > 7

💡 说明:盐类水解的规律——谁弱谁水解,谁强显谁性。有弱才水解,无弱不水解;越弱越水解,都弱双水解。

2. 水解离子方程式的书写

规则 说明
用"⇌" 水解程度一般较小,用可逆号
不标"↑"和"↓" 水解产物量少,一般不生成气体或沉淀
多元弱酸分步水解 以第一步为主,如 CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻
多元弱碱一步写 Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3H⁺

3. 影响盐类水解的因素

因素 对水解的影响
温度 升温促进水解(水解是吸热过程)
浓度 稀释促进水解(越稀越水解)
加酸 强酸弱碱盐:抑制水解;强碱弱酸盐:促进水解
加碱 强碱弱酸盐:抑制水解;强酸弱碱盐:促进水解

⚠️ 注意:配制 FeCl₃ 溶液时,常加少量盐酸抑制水解。热的 Na₂CO₃ 溶液去油污能力更强,因为升温促进水解,[OH⁻] 增大。


知识点5 弱酸弱碱盐双水解

1. 定义

弱酸的阴离子和弱碱的阳离子同时水解,互相促进,使水解程度加大。

2. 常见的双水解反应

反应 离子方程式
Al³⁺HCO₃⁻ Al³⁺ + 3HCO₃⁻ = Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑
Fe³⁺CO₃²⁻ 2Fe³⁺ + 3CO₃²⁻ + 3H₂O = 2Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑
Al³⁺S²⁻ 2Al³⁺ + 3S²⁻ + 6H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑
Al³⁺AlO₂⁻ Al³⁺ + 3AlO₂⁻ + 6H₂O = 4Al(OH)₃↓

⚠️ 注意:并不是所有弱酸弱碱盐都能发生彻底的双水解。只有当水解产物之一为气体或沉淀脱离体系时,双水解才能趋于完全。双水解彻底的离子方程式用"=",标"↑""↓"。


知识点6 难溶电解质的溶解平衡

1. 溶解平衡

在一定温度下,当沉淀溶解的速率与溶液中离子生成沉淀的速率相等时,达到溶解平衡状态。此时溶液为饱和溶液。

2. 溶度积常数(K_sp

对于沉淀溶解平衡:A_mB_n(s) ⇌ mA^{n+}(aq) + nB^{m-}(aq)

K_sp = [A^{n+}]^m · [B^{m-}]^n
特点 说明
K_sp 只与温度有关 温度越高,多数物质 K_sp 增大
K_sp 反映溶解能力 同类型物质,K_sp 越小越难溶
与其他平衡常数相同 固体和纯液体不列入 K_sp 表达式

3. 沉淀的生成与溶解

判断依据 结论
Q_c > K_sp 过饱和溶液,有沉淀生成
Q_c = K_sp 饱和溶液,达到溶解平衡
Q_c < K_sp 不饱和溶液,沉淀溶解(如无固体则不会有沉淀生成)

4. 沉淀的转化

由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程。
原则:溶解度大的沉淀 → 溶解度小的沉淀(容易转化)
溶解度小的沉淀 → 溶解度大的沉淀(较难转化,需特定条件)
实例 离子方程式
AgCl → AgI AgCl(s) + I⁻(aq) ⇌ AgI(s) + Cl⁻(aq)
AgCl → Ag₂S 2AgCl(s) + S²⁻(aq) ⇌ Ag₂S(s) + 2Cl⁻(aq)
锅炉中 CaSO₄ → CaCO₃ CaSO₄(s) + Na₂CO₃(aq) ⇌ CaCO₃(s) + Na₂SO₄(aq)

5. 沉淀溶解平衡的应用

应用 原理
Na₂S 处理含 Hg²⁺ 废水 生成 HgS 沉淀(K_sp 极小)
FeS 除去水中 Cu²⁺Hg²⁺ 沉淀转化:FeS(s) + Cu²⁺(aq) → CuS(s) + Fe²⁺(aq)
钡餐用 BaSO₄ 不用 BaCO₃ BaSO₄ 不溶于酸,BaCO₃ 溶于胃酸
龋齿的形成与预防 含氟牙膏促进 Ca₅(PO₄)₃OH → Ca₅(PO₄)₃F(更耐酸)

💡 说明:沉淀转化的一般规律是向 K_sp 更小的方向进行。两种沉淀 K_sp 相差越大,转化越容易。


知识点7 溶液中离子浓度大小比较

1. 盐溶液中的离子浓度比较

盐的类型 实例 离子浓度大小关系
强酸强碱盐 NaCl c(Na⁺) = c(Cl⁻) > c(H⁺) = c(OH⁻)
强酸弱碱盐 NH₄Cl c(Cl⁻) > c(NH₄⁺) > c(H⁺) > c(OH⁻)
强碱弱酸盐 CH₃COONa c(Na⁺) > c(CH₃COO⁻) > c(OH⁻) > c(H⁺)

2. 混合溶液中的离子浓度比较

CH₃COOHCH₃COONa 等物质的量混合为例:

c(CH₃COO⁻) > c(Na⁺) > c(H⁺) > c(OH⁻)

💡 说明:比较离子浓度时,要同时考虑电离和水解两个过程,以及电荷守恒和物料守恒。

3. 三大守恒关系

守恒类型 含义 实例(Na₂CO₃ 溶液)
电荷守恒 所有阳离子正电荷总数 = 所有阴离子负电荷总数 c(Na⁺) + c(H⁺) = 2c(CO₃²⁻) + c(HCO₃⁻) + c(OH⁻)
物料守恒 原子守恒,某元素总浓度不变 c(Na⁺) = 2[c(CO₃²⁻) + c(HCO₃⁻) + c(H₂CO₃)]
质子守恒 得失质子总数相等 c(OH⁻) = c(H⁺) + c(HCO₃⁻) + 2c(H₂CO₃)

⚠️ 注意:质子守恒可由电荷守恒和物料守恒联立推导得出。


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