06 · 电离平衡 整理中

强电解质与弱电解质

电解质与非电解质

1. 电解质：在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物。
2. 非电解质：在水溶液和熔融状态下都不能导电的化合物。

判断方法：先判断是否属于化合物，再判断水溶液或熔融态下能否导电。

易错举例

1. $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$ 的水溶液能导电，但 $\mathrm{CO}{\phantom{A}}_2$ 不是电解质（导电的是它与水反应生成的 $\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3$，$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3$ 才是电解质）；$\mathrm{SO}{\phantom{A}}_2$、$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{Cl}{\phantom{A}}_2$（单质）同理；
2. $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$ 的水溶液能导电，但 $\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3$、氨水都不是电解质，$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$ 是电解质；
3. 单质（如 $\mathrm{Cu}$、$\mathrm{Cl}{\phantom{A}}_2$）和混合物（如盐酸、氨水）既不是电解质也不是非电解质；
4. 能导电的不一定是电解质（如石墨、铜），电解质不一定能导电（如固态 $\mathrm{NaCl}$ 不导电）。

强电解质与弱电解质

类别	定义	常见物质
强电解质	水溶液中完全电离	六大强酸：$\mathrm{HCl}$、$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$、$\mathrm{HNO}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{HBr}$、$\mathrm{HI}$、$\mathrm{HClO}{\phantom{A}}_4$；四大强碱：$\mathrm{KOH}$、$\mathrm{NaOH}$、$\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$、$\mathrm{Ba}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$；绝大多数盐（$\mathrm{BaSO}{\phantom{A}}_4$、$\mathrm{CaCO}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{AgCl}$ 等）；金属氧化物（$\mathrm{CaO}$、$\mathrm{CuO}$ 等）
弱电解质	水溶液中部分电离	弱酸：$\mathrm{HF}$、$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$、$\mathrm{HClO}$、$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3$、$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$ 等；弱碱：$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$、$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3$、$\mathrm{Cu}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_2$ 等；$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

易错点

1. 溶液导电能力的强弱取决于离子浓度和离子所带电荷数，与电解质强弱没有必然联系；
2. $\mathrm{BaSO}{\phantom{A}}_4$ 难溶于水，导电性几乎为零，但溶解的极少部分完全电离，属于强电解质；
3. 除强酸、强碱外，考查中出现的酸碱一般视为弱酸、弱碱。

电离方程式的书写

1. 强电解质用"="，弱电解质用"$\stackrel{}{\rightleftharpoons }$"；
2. 多元弱酸分步电离，以第一步为主：

$$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}$$

3. 多元弱碱电离一步写完即可：

$$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){\phantom{A}}_3\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{Fe}{\phantom{A}}^{3+}+3\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$$

4. 酸式盐注意强酸酸式根要拆、弱酸酸式根不拆：$\mathrm{NaHSO}{\phantom{A}}_4=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{2-}$（水溶液中）、$\mathrm{NaHCO}{\phantom{A}}_3=\mathrm{Na}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{HCO}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$。

电离平衡的建立与特征

弱电解质分子电离出离子，离子重新结合成分子的速率相等时，达到电离平衡：

$$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$$

平衡特征（动、等、定、变）：

1. 动态平衡：分子电离与离子结合同时进行；
2. 速率相等：$v(\text{电离})=v(\text{结合})\ne 0$；
3. 浓度不变：各粒子浓度保持恒定；
4. 条件改变：平衡随之移动，建立新平衡。

注意 电离过程一般是吸热的，且弱电解质的电离程度通常极小（转化率很低）。

影响电离平衡的因素

以 $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$（$\mathrm{\Delta }H>0$）为例：

条件	平衡移动方向	结果
升高温度	右移	电离程度增大，$c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$ 增大
加水稀释	右移	越稀越电离，但 $c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$、$c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-})$ 反而减小
加入冰醋酸	右移	电离程度减小（浓度越大，电离程度越小）
通入 $\mathrm{HCl}$ 气体	左移	$c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$ 增大，$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}$ 电离被抑制
加入 $\mathrm{NaOH}$ 固体	右移	$\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$ 消耗 $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$，促进电离
加入 $\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COONa}$ 固体	左移	增大 $c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-})$，抑制电离（同离子效应）

重点 "越稀越电离"是高频考点：加水稀释促进电离、$n(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$ 增大，但溶液体积增大得更多，所以 $c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$ 减小。若稀释相同倍数，$\mathrm{pH}$ 变化：强酸 $>$ 弱酸；稀释至相同 $\mathrm{pH}$，加水：弱酸 $>$ 强酸。

电离常数

定义与表达式

一定温度下，弱电解质达到电离平衡时，溶液中离子浓度幂之积与分子浓度之比为定值。

• 一元弱酸：$\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$

$$K_a=\frac{c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-})\cdot c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})}{c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH})}$$

• 一元弱碱：$\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-}$

$$K_b=\frac{c(\mathrm{NH}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+})\cdot c(\mathrm{OH}{\phantom{A}}^{-})}{c(\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3\cdot \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O})}$$

规律

1. $K_a$（$K_b$）越大，越易电离，酸性（碱性）越强；

2. 只与温度有关，升温促进电离，$K$ 增大；

3. 多元弱酸分步电离，$K_{a1}\gg K_{a2}\gg K_{a3}$（一般相差 ${10}^4\sim {10}^5$ 倍），酸性主要由第一步决定；

   常见弱酸酸性强弱：$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_3>\mathrm{HF}>\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH}>\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{CO}{\phantom{A}}_3>\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}>\mathrm{HClO}$

4. 由 $K_a$ 可比较同浓度不同弱酸的 $c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})$、$\mathrm{pH}$、导电能力。

电离度

一定温度下，弱电解质达到电离平衡时，已电离的分子数占原分子总数的百分数：

$$\alpha =\frac{\text{已电离的分子数}}{\text{原分子总数}}\times 100\mathrm{\%}$$

三段式计算示例：$25{}^{\circ }\mathrm{C}$ 时，$0.10\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ 醋酸溶液中 $c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})=1.34\times {10}^{-3}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$。

$$\alpha =\frac{1.34\times {10}^{-3}}{0.10}\times 100\mathrm{\%}=1.34\mathrm{\%}$$$$K_a=\frac{c(\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+})\cdot c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COO}{\phantom{A}}^{-})}{c(\mathrm{CH}{\phantom{A}}_3\mathrm{COOH})}=\frac{(1.34\times {10}^{-3}{)}^2}{0.10-1.34\times {10}^{-3}}\approx 1.8\times {10}^{-5}$$

注意事项

1. 电离平衡右移，电离程度一定增大，但离子浓度不一定增大（稀释就是典型反例）；
2. 强弱电解质的划分与溶解度无关，只看已溶解部分是否完全电离；
3. 比较同浓度弱酸溶液中的粒子浓度，先用 $K_a$ 或 $\mathrm{pH}$ 确定酸性强弱，再按电离和水的电离列大小顺序；
4. 加热促进电离的同时，若溶液中还有水解等过程，要逐个分析再综合比较。