高中化学 30 电离平衡

陈一男学习网站[ ChenYinan.com ] - 中国化学学会 - 中国院士 - GeoGebra - 化学基础

一、电解质与非电解质

电解质：在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物叫做电解质。常见的电解质包括酸、碱、盐等。例如，\(HCl\)、\(NaOH\)、\(NaCl\)等都是电解质。电解质在水溶液中或熔融状态下能够电离出自由移动的离子，从而能够导电。

非电解质：在水溶液里和熔融状态下都不能导电的化合物叫做非电解质。如蔗糖、酒精等大多数有机物都是非电解质。

二、强电解质与弱电解质

强电解质：在水溶液中能够完全电离的电解质称为强电解质。强酸、强碱和大多数盐都属于强电解质。例如，\(HCl\)在水溶液中完全电离为\(H^{+}\)和\(Cl^{-}\)，\(NaOH\)完全电离为\(Na^{+}\)和\(OH^{-}\)，\(NaCl\)完全电离为\(Na^{+}\)和\(Cl^{-}\)。

弱电解质：在水溶液中只能部分电离的电解质称为弱电解质。弱酸、弱碱和水等都是弱电解质。例如，\(CH_{3}COOH\)在水溶液中只有部分分子电离为\(H^{+}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)，存在电离平衡\(CH_{3}COOH\rightleftharpoons H^{+}+CH_{3}COO^{-}\)。

三、电离平衡的建立

以醋酸\(CH_{3}COOH\)为例，当醋酸溶解于水时，\(CH_{3}COOH\)分子在水分子的作用下开始电离，生成\(H^{+}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)。同时，已电离出的\(H^{+}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)又会重新结合成\(CH_{3}COOH\)分子。随着电离的进行，\(CH_{3}COOH\)分子的电离速率逐渐减小，而\(H^{+}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)结合成\(CH_{3}COOH\)分子的速率逐渐增大。当电离速率和结合速率相等时，就达到了电离平衡状态，此时溶液中\(CH_{3}COOH\)、\(H^{+}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)的浓度保持不变。

四、电离平衡的特征

动：电离平衡是一种动态平衡，在电离平衡状态下，\(CH_{3}COOH\)分子的电离过程和\(H^{+}\)与\(CH_{3}COO^{-}\)的结合过程仍在不断进行。

等：达到电离平衡时，\(CH_{3}COOH\)分子的电离速率和\(H^{+}\)与\(CH_{3}COO^{-}\)结合成\(CH_{3}COOH\)分子的速率相等。

定：在一定条件下，达到电离平衡时，溶液中各离子和分子的浓度保持不变。例如，在一定温度下的醋酸溶液中，\([CH_{3}COOH]\)、\([H^{+}]\)和\([CH_{3}COO^{-}]\)的浓度都保持定值。

变：电离平衡是在一定条件下建立的，当外界条件如温度、浓度等发生改变时，电离平衡会发生移动。

五、影响电离平衡的因素

温度：电离过程一般是吸热过程，所以升高温度，电离平衡向电离方向移动，弱电解质的电离程度增大。例如，醋酸的电离，加热会使醋酸的电离程度增大，溶液中的\(H^{+}\)浓度增大，\(pH\)减小。

浓度：

稀释溶液，电离平衡向电离方向移动，弱电解质的电离程度增大，但溶液中离子浓度不一定增大。例如，将醋酸溶液稀释，醋酸的电离程度增大，但\([H^{+}]\)、\([CH_{3}COO^{-}]\)等离子浓度会减小。

增大弱电解质的浓度，电离平衡向电离方向移动，但电离程度减小。例如，向醋酸溶液中加入冰醋酸，醋酸的电离平衡向右移动，但醋酸的电离程度会减小。

同离子效应：在弱电解质溶液中加入与弱电解质具有相同离子的强电解质，会使弱电解质的电离平衡向逆反应方向移动，降低弱电解质的电离程度。例如，在醋酸溶液中加入醋酸钠固体，溶液中\(CH_{3}COO^{-}\)浓度增大，醋酸的电离平衡向左移动，\(H^{+}\)浓度减小。

化学反应：若向弱电解质溶液中加入能与弱电解质电离出的离子发生反应的物质，会使电离平衡向电离方向移动，增大弱电解质的电离程度。例如，在醋酸溶液中加入少量锌粒，锌与\(H^{+}\)反应，使\(H^{+}\)浓度减小，醋酸的电离平衡向右移动，电离程度增大。

六、电离平衡常数

定义：在一定温度下，对于弱电解质\(AB\rightleftharpoons A^{+}+B^{-}\)，达到电离平衡时，电离出的各种离子浓度的乘积与未电离的分子浓度的比值是一个常数，叫做电离平衡常数，用\(K_{电离}\)表示。对于一元弱酸\(HA\rightleftharpoons H^{+}+A^{-}\)，其电离平衡常数\(K_{a}=\frac{[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}\)；对于一元弱碱\(BOH\rightleftharpoons B^{+}+OH^{-}\)，其电离平衡常数\(K_{b}=\frac{[B^{+}][OH^{-}]}{[BOH]}\)。

意义：电离平衡常数反映了弱电解质的电离程度，\(K_{电离}\)越大，说明弱电解质的电离程度越大，酸性或碱性越强。例如，相同温度下，\(K_{a}(CH_{3}COOH)\lt K_{a}(HClO)\)，则醋酸的酸性比次氯酸强。

影响因素：电离平衡常数只与温度有关，温度升高，电离平衡常数增大。

电离平衡是高中化学电解质溶液中的重要内容，它对于理解弱电解质的性质、溶液的酸碱性以及盐类的水解等知识都具有重要的基础作用。