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破解高考化学中弱酸的“考法密码”

2018-05-23刘连亮刘凯齐

中学教学参考·理科版 2018年3期
关键词:高考化学弱酸考点

刘连亮 刘凯齐

[摘要]有关弱酸知识的考查是历年高考命题的热点,同时也是高考的难点。该内容的考点具体有:弱酸的判断,弱酸与强酸中和碱的能力大小比较,弱酸与强酸稀释结果的大小对比,弱酸参与的中和热大小比较,弱酸的酸性及电离度的比较,等等。解此类型题要充分运用电离理论、水解理论、三大守恒定律等理论进行分析,进而顺利解题。

[关键词]高考化学;弱酸;考点

[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]16746058

(2018)08005403

有關弱酸的考点在高考中多以选择题的形式考查,由于其灵活性、综合性强,区分度好,能有效测试出学生对知识的灵活应用能力和迁移能力,是历年高考

命题

的热点,同时也是高考的难点。本文力求对此有所突破,以期为广大考生学习这部分内容提供一点帮助。

考点一弱酸的判断

【例1】(2016·上海)能证明乙酸是弱酸的实验事实是()。

A.CH3COOH溶液与Zn反应放出H2

B.0.1mol/LCH3COONa溶液的pH大于7

C.CH3COOH溶液与Na2CO3反应生成CO2

D.0.1mol/LCH3COOH溶液可使紫色石蕊变红

答案:B。

解析:A项只能证明乙酸具有酸性,不能证明其酸性强弱,A错误;B项中CH3COONa溶液显碱性,由NaOH是强碱,可推出乙酸是弱酸,B正确;C项可以证明乙酸的酸性比碳酸强,但不能证明其酸性强弱,C错误;D项可以证明乙酸具有酸性,但是不能证明其酸性强弱,D错误。

思路点拨:设某酸为HX,判断其是弱酸的常用方法有:①测NaX溶液的pH,显碱性,则其为弱酸;②室温下,测0.1mol/LHX溶液的pH,若pH>1,证明HX是弱酸;③测定同pH的HX溶液与盐酸稀释相同倍数前后pH的变化,pH变化小的为弱酸;④测定等体积、等pH的HX溶液和盐酸分别与足量锌反应产生H2的快慢及H2的量,反应过程中产生H2的速度较快且最终产生H2量较多的为弱酸;⑤测定等体积、等pH的HX溶液和盐酸中和碱的量,若HX耗碱量大,则其为弱酸;⑥相同条件下,对0.1mol/L的HCl和0.1mol/L的HX进行导电性实验,若与HX溶液相串联的灯泡亮度较暗,证明HX为弱酸。

考点二弱酸与强酸中和碱的能力大小比较

【例2】判断下列说法正确的是()。

A.常温下,体积相同、浓度均为0.1mol·L-1的盐酸和醋酸溶液,分别与等浓度的氢氧化钠溶液反应,盐酸消耗氢氧化钠较多

B.常温下,体积相同、浓度均为0.1mol·L-1的盐酸和醋酸溶液,分别与等浓度的氢氧化钠溶液反应,醋酸消耗氢氧化钠较多

C.常温下,pH均等于2的盐酸和醋酸,各取20mL,与同浓度的氢氧化钠溶液反应,消耗氢氧化钠的体积相等

D.常温下,pH均等于2的盐酸和醋酸,各取20mL,与同浓度的氢氧化钠溶液反应,醋酸消耗氢氧化钠的体积大

答案:D。

解析:体积相同、浓度相同的盐酸和醋酸溶液,两者的物质的量相同,两者都是一元酸,中和氢氧化钠溶液能力相同,消耗氢氧化钠的体积相等,A、B错误;pH均等于2的盐酸和醋酸,由于醋酸是弱酸,则n(CH3COOH)>n(HCl),醋酸消耗NaOH体积多,C错误、D正确。

思路点拨:酸碱完全反应,就是两者反应生成正盐。尤其要注意强、弱酸pH相同时,弱酸的浓度会较大,当两者体积相同时,弱酸中和碱的能力会更强一些。

考点三弱酸与强酸稀释结果的大小对比

【例3】(2014·上海)室温下,甲、乙两烧杯均盛有5mLpH=3的某一元酸溶液,向乙烧杯中加水稀释至pH=4,关于甲、乙两烧杯中溶液的描述正确的是()。

A.溶液的体积:10V甲≤V乙

B.水电离出的OH-浓度:10c(OH-)甲≤c(OH-)乙

C.若分别用等浓度的NaOH溶液完全中和,所得溶液的pH:甲≤乙

D.若分别与5mLpH=11的NaOH溶液反应,所得溶液的pH:甲≤乙

答案:A、D。

解析:如果酸是强酸,则需要稀释10倍,才能使pH从3升高到4;如果是弱酸,弱酸存在电离平衡,稀释促进电离,则需要稀释10倍以上,才能使pH从3升高到4,即溶液的体积:10V甲≤V乙,A正确;酸抑制水的电离,甲烧杯中氢离子的浓度是乙烧杯中氢离子浓度的10倍,因此水电离出的OH-浓度:10c(OH-)甲=c(OH-)乙,B错误;与NaOH溶液完全中和,乙烧杯中盐溶液的浓度小,若盐不水解,则两溶液的pH相同,若盐水解,则甲烧杯中溶液的碱性强于乙烧杯中溶液的碱性,即所得溶液的pH:甲≥乙,C错误;当为强酸时,两者均恰好反应,溶液显中性,若为弱酸,则酸过量,甲烧杯中酸的浓度大,pH小,D正确。

思路点拨:在分析强酸、弱酸稀释问题时,要分清两者是浓度相同,还是pH相同。pH相同时,弱酸浓度较大,溶液稀释时,会进一步电离。如当体积相同,浓度均为0.1mol·L-1的盐酸和CH3COOH溶液,分别加水稀释10倍,溶液的pH分别变成m和n,则mn;当体积相同,pH均等于1的盐酸和CH3COOH溶液,分别加水稀释m倍、n倍,溶液的pH都变成3,m

考点四弱酸参与的中和热大小比较

【例4】强酸和强碱的稀溶液发生中和反应的热效应:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1,分别向1L0.5mol·L-1的NaOH溶液中加入:①稀醋酸;②浓硫酸;③稀硝酸,则恰好完全反应时热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,它们的关系正确的是()。

A.ΔH1>ΔH2>ΔH3

B.ΔH1<ΔH3<ΔH2

C.ΔH1=ΔH2=ΔH3

D.ΔH2<ΔH3<ΔH1

答案:B。

解析:醋酸的电离吸热,浓硫酸溶于水放热,则恰好完全反应时放出的热量为②>③>①,故ΔH2<ΔH3<ΔH1,D正确。

思路点拨:解题时应紧抓中和热概念的内涵,其较为严谨的定义为:在稀溶液中,酸碱发生中和反应,生成可溶性盐和1mol液态水时的反应热。强调稀溶液的原因是:濃酸与碱反应时会伴随有溶解放热,强调可溶性盐的原因是:若生成难溶性盐(更稳定)时,会放出更多的热量。上述两种情况的反应热均不叫中和热。强酸强碱的中和热可表示为:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=-57.3kJ·mol-1,当有弱酸或弱碱参与时,由于其电离吸热,故中和热小于57.3kJ·mol-1。

考点五弱酸的酸性及电离度的比较

【例5】(2015·海南)下列曲线中,可以描述乙酸(甲,Ka=1.8×10-5)和一氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3)在水中的电离度与浓度关系的是()。

答案:B。

解析:根据电离常数可知:乙酸和一氯乙酸均为弱酸,且在相同温度、相同浓度时,乙酸的电离度小于一氯乙酸,即甲的电离度小于乙,且弱电解质的浓度越大,电离度越小,A、C、D错误,B正确。

思路点拨:解决弱酸的酸性及电离度的比较问题,应抓住两点:①两种不同的弱酸,同温、同浓度时,酸性强的电离度较大;②浓度不同的同种弱酸,同温时,浓度越大,电离度越小,但c(H+)越大,即c(H+)的大小取决于弱酸的浓度,而不是取决于弱酸的电离度。

考点六弱酸电离常数(Ka)与反应方程式的书写

【例6】[2015·福建(节选)]25℃时,已知两种弱酸的电离平衡常数如下表所示,回答下列问题。

H2SO3溶液和NaHCO3溶液反应的主要离子方程式为。

答案:H2SO3+HCO-3=HSO-3+CO2↑+H2O。

解析:由于多元弱酸分步电离,电离程度:一级电离>二级电离,由于H2CO3的一级电离平衡常数在H2SO3的一、二级电离平衡常数之间,故反应的离子方程式为:H2SO3+HCO-3=HSO-3+CO2↑+H2O。

思路点拨:Ka是表示弱酸电离难易程度的一个量,其越大,表明该酸越易电离,离子浓度越大;反之,表示弱酸越难电离。本题可利用Ka比较弱酸的相对强弱,再结合较强酸可制较弱酸的原理,进一步书写。

考点七弱酸电离平衡常数的计算

【例7】[2017·全国新课标Ⅰ卷(改编)]常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中,混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。则Ka2(H2X)=。

答案:10-5.4。

解析:己二酸是二元弱酸,第二步电离小于第一步,即Ka1=

c(HX-)c(H+)c(H2X)

>Ka2=

c(X2-)c(H+)c(HX-)

,当pH相等时,有lgc(HX-)c(H2X)

>lgc(X2-)c(HX-)

,故曲线N表示pH与lgc(HX-)c(H2X)

的变化关系,曲线M表示己二酸的第二步电离,根据图像取-0.6和4.8点,

c(X2-)c(HX-)

=10-0.6mol·L-1,c(H+)=10-4.8mol·L-1,代入Ka2得到Ka2=10-5.4。

思路点拨:电离平衡常数的计算,关键是会书写其表达式,然后结合图像及有关信息(如电荷守恒)找出各微粒的平衡浓度。还需注意,温度不变,电离平衡常数不变。

考点八弱酸根水解程度的大小比较

【例8】[2013·上海高考(改编)]25℃时,几种弱酸的电离平衡常数:

等体积、等浓度的HCOONa和NaCN溶液中所含离子总数前者后者。(填“小于”“大于”或“等于”)

答案:大于。

解析:根据电荷守恒:n(HCOO-)+n(OH-)=n(Na+)+n(H+),n(CN-)+n(OH-)=n(Na+)+n(H+),即离子总数是n(Na+)+n(H+)的2倍,由电离常数知酸性:HCOOH>HCN,则CN-的水解程度大,即NaCN溶液中的n(OH-)大,n(H+)小,故离子总数前者大于后者。

思路点拨:弱酸根水解程度的大小(当浓度、温度等条件相同时)与对应酸的强弱(可通过弱酸K的大小判断)成反比,即对应的酸越弱,其酸根水解程度就越大(就是常说的“越弱越水解”),反之亦然。

考点九弱酸根的水解平衡常数与对应弱酸的电离平衡常数的计算

【例9】(2017·浙江高三联考)Na2CO3溶液也通常用来捕获CO2。常温下,H2CO3的第一步、第二步电离常数分别约为Ka1=4×10-7,Ka2=5×10-11,则0.5mol·L-1的Na2CO3溶液的pH等于(不考虑第二步水解和H2O的电离)。

答案:12。

解析:根据Kh=

c(HCO-3)·c(OH-)c(CO2-3)

=

KWKa2

=10-145×10-11

=2×10-4=

c2(OH-)0.5

,所以c(OH-)=10-2mol·L-1,pH=12。

思路点拨:弱酸(弱碱)的电离平衡常数与其对应的酸根离子(弱碱阳离子)的水解平衡常数乘积等于KW;对于二元弱酸及其对应的酸根,则有:Ka1×

Kh2=KW、Ka2×Kh1=KW(其中Ka1、Ka2分别代表弱酸的第一、第二电离平衡常数;Kh1、Kh2分别代表弱酸根离子的第一、第二水解平衡常数);对于n元弱酸及其对应的酸根,则有:Ka1×Khn=KW,Ka2×Khn-1=KW,…,Kan×Kh1=KW。

考点十弱酸参与反应的离子浓度大小比较

【例10】(宁波市2017届新高考适应性考试)常温下,用0.1000mol·L-1NaOH溶液分别滴定20.00mL浓度均为0.1000mol·L-1的CH3COOH溶液和HCN溶液,所得滴定曲线如右图。下列說法不正确的是()。

A.点①时:c(CN-)>c(Na+)>c(HCN)>c(OH-)

B.点③时:c(Na+)=c(CH3COO-)>c(H+)

C.点④时:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)

D.点①和点②所示溶液中:c(CH3COO-)-c(CN-)=c(HCN)-c(CH3COOH)

答案:A。

解析:点①时,溶液呈碱性,c(OH-)>c(H+),根据电荷守恒,c(Na+)>c(CN-),A错误;点③时,溶液呈中性,c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1,根据电荷守恒,c(Na+)=c(CH3COO-)>c(H+),B正确;点④时,醋酸与NaOH溶液恰好完全反应生成醋酸钠溶液,故

c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+),C正确;点①和点②所示溶液中均存在物料守恒:c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(HCN)+c(CN-)=0.067mol·L-1,即有:c(CH3COO-)-c(CN-)=c(HCN)-c(CH3COOH),D正确。

思路点拨:溶液中离子浓度的大小比较,需掌握三大“守恒”,并根据具体情况,对几种守恒表达式进行变形或叠加;需分清弱酸电离程度与酸根水解程度“竞争”的相对强弱,如含有大量HSO-3、H2PO-4、HC2O-4的盐溶液,由于这几种离子电离程度大于水解程度,溶液显酸性。

综上可知,解决有关弱酸的问题,需要充分运用电离理论、水解理论、三大守恒定律,加强典型习题的训练,将考点练透。只有这样才能突破问题难点,让其成为高考的增分亮点。

(责任编辑罗艳)

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