选择性必修1 化学 影响盐类水解的主要因素 逐字稿-3,449字
师:大家好,这节课我们一起来探究影响盐类水解的主要因素。本节课的学习目标有三个:一是认识影响盐类水解平衡的主要因素;二是能通过实验探究温度、浓度对盐类水解平衡的影响;三是能解释反应条件影响盐类水解平衡的原因。
首先,我们来看一组实验。向0.1摩尔每升的碳酸钠溶液和0.1摩尔每升的碳酸氢钠溶液中分别加入几滴酚酞溶液,我们会发现碳酸钠溶液呈红色,而碳酸氢钠溶液呈浅红色,这是为什么呢?通过上节课的学习,我们知道可以从微观角度探析盐溶液中微粒的行为。两支试管中都存在水的电离平衡,碳酸钠溶液中还存在碳酸根离子的水解行为,且分两步进行,以第一步为主。碳酸氢钠溶液中存在碳酸氢根离子的水解行为,同时也存在碳酸氢根离子的电离行为,由于溶液呈碱性,所以以水解行为为主。
那么,这两种溶液中主要的水解行为为什么会使溶液呈现不同程度的碱性呢?它们水解的本质都是弱离子结合水电离出的氢离子,难道是结合能力有差异?从显碱性的结果来看,碳酸根离子结合氢离子的能力更强,这又是为什么呢?对比碳酸根离子与碳酸氢根离子,我们可以从离子本身所带电荷这个角度思考。碳酸根离子带两个单位负电荷,而碳酸氢根离子只带一个单位负电荷,所以碳酸根离子结合氢离子的能力更强,这就导致碳酸根离子的水解程度更大,溶液的碱性也就更强。这样的分析结果证明,盐溶液本身的性质确实会影响盐类水解的程度。
如果是同一种盐溶液,它的水解还会受到哪些因素影响呢?从哲学角度分析,影响一个事情的因素包括内因和外因。刚才讨论的盐溶液本身的性质就是影响盐类水解的内因。若发生水解的盐溶液溶质相同,它的水解行为还会受到哪些因素影响呢?我们知道水解平衡属于化学平衡,而影响化学平衡的外界因素有浓度、温度等,今天我们就从这几个方面探究盐类的水解平衡。
我们首先以三价铁离子的水解为例,探究浓度对水解平衡的影响。提到浓度,必然涉及单一离子的浓度和体系中所有离子的共同浓度。我们先探究改变单一离子的浓度对水解平衡的影响,例如向铁离子的水解平衡体系中加入几粒氯化铁晶体,大家猜想会有什么结果?理论依据是什么?有同学可能会根据勒夏特列原理猜想,增加铁离子的浓度,平衡必然会朝着消耗铁离子浓度的方向进行,所以反应会朝正向进行。还有同学可能会采用QC与Ka进行比较的方法来判断反应进行的方向。比如,我们可以表达出QC的表达式,在加入氯化铁晶体的一瞬间,溶液中的三价铁离子浓度增加,会使得QC小于Ka,进而判断出反应会朝正向进行。
那么这样的猜想必须通过实验来验证。我们将三价铁离子的水解体系分装在两支试管中,并向右侧试管中加入氯化铁晶体,观察到右侧试管颜色加深。所以我们可以得出结论,增大反应物的浓度,平衡正向移动。这是我们研究改变一种反应物浓度对水解平衡的影响。
如果改变一种生成物的浓度,又会如何影响水解平衡呢?比如说减少生成物中氢离子的浓度,我们同样可以依据一定的理论做出猜想。依据勒夏特列原理可推导出,氢离子浓度降低,平衡朝正向进行。采用QC与Ka相比较的方法,减少氢离子的一瞬间,QC小于Ka,所以推出水解平衡会朝正向进行。这样的猜想也需要通过实验验证。
我们同样将三价铁离子的水解体系封装在两支试管中,向右侧试管滴入少量氢氧化钠溶液,发现右侧试管颜色加深,同时还生成了氢氧化铁沉淀。这说明三价铁离子的水解程度受到了很大促进,平衡朝正向移动。所以,我们得出结论,如果减小生成物的浓度,平衡正向移动。
下面请同学们试着利用刚才的分析模型,探究一下如果稀释氯化铁溶液,它将如何影响水解平衡。我们可以从勒夏特列原理的角度思考,可是稀释动作使得三价铁离子的浓度与生成物中氢离子的浓度都变小了,利用勒夏特列原理便无法判断出平衡移动的方向。但是仔细体会,这样的稀释操作相当于同等程度地改变了反应物和生成物的浓度,这与气体的平衡体系中压强变化对浓度的影响相似。所以我们可以套用气体平衡体系中压强的变化模型来解决此类问题,也就是说,稀释溶液相当于气体参与的平衡反应中减小压强,那么平衡肯定会朝着气体分子数增大的方向进行,套用到水解平衡上,该水解平衡必然是朝分子数增大的方向,即朝右进行。
那么还有其他方法来预测平衡移动的方向吗?同样可以利用QC与Ka相比较的方法。假设我们将三价铁离子的溶液稀释为原来的10倍,这时候氢离子的浓度和三价铁离子的浓度都变为原来的0.1倍,由此可以求算出QC,它等于0.01Ka,也就是说QC小于Ka,因此可以推断平衡朝正向进行。这样的猜测符合客观事实吗?下面我们通过实验来验证。我们将三氯化铁溶液稀释10倍,用pH计测量稀释前后溶液的pH值。通过实验得出,稀释之前溶液的pH在室温下为1.81,而稀释之后溶液的pH在室温下为2.33。由于稀释倍数是10倍,而pH值的变化幅度却没有增加到1,变化幅度小于1,这说明了什么呢?这说明在稀释过程中有氢离子生成,水解朝着正向进行,验证了我们的猜想是正确的,即稀释体系的浓度,平衡朝正向进行。