师:同学们好,今天我们一起来学习高二化学选择性必修一第三章第三节盐类水解的第一课时。本节课我们要达成以下学习目标:一是通过实验探究盐溶液的酸碱性,认识盐的类型与其溶液酸碱性之间的关系;二是能分析盐溶液呈现不同酸碱性的原因,认识盐类水解的原理及盐溶液呈现酸碱性的规律;三是能使用规范的化学用语表示盐类水解的过程;四是能分析简单盐溶液中存在的守恒关系。
碳酸钠是日常生活中常用的盐,俗称纯碱,常在面点加工时用于中和酸,使食品松软或酥脆,也常用于油污的清洗等。为什么碳酸钠可被当作碱使用呢?
生:因为碳酸钠的水溶液呈碱性。
师:非常好。那什么是碱性呢?通过上一节的学习,我们知道碱性就是溶液中的氢氧根离子浓度大于氢离子浓度。但碳酸钠溶于水,并没有电离产生氢氧根离子。纯碱溶液的碱性从何而来呢?大家结合碳酸钠溶液中存在的离子种类思考一下,有什么猜想?
碳酸钠溶于水电离产生钠离子和碳酸根离子,溶剂水电离产生氢氧根离子和氢离子。此时溶液中的微粒会存在什么作用而使溶液呈碱性呢?
生:猜想一,钠离子和氢氧根离子结合生成强碱氢氧化钠,溶液呈碱性;猜想二,碳酸根离子和氢离子结合生成碳酸氢根离子,氢离子浓度小于氢氧根离子浓度,溶液呈碱性。
师:哪一种猜想正确呢?我们来分析一下。氢氧化钠是强电解质,钠离子无法和氢氧根离子发生离子反应,因此钠离子无法破坏水的电离平衡。而碳酸根离子和氢离子能发生反应生成碳酸氢根离子,破坏水的电离平衡。由于氢离子被碳酸根离子结合,使得溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度,溶液呈碱性。所以,猜想一错误,猜想二正确。
根据猜想所得的结论是:一、能改变纯水pH的盐,必须是电离出来的离子能和氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质;二、此时水的电离是被促进的。
碳酸钠溶于水使溶液显碱性,那其他盐溶于水是否也会导致所得溶液显碱性或者酸性呢?刚刚我们通过分析碳酸钠溶液显碱性的原因,已经得到“能改变纯水pH的盐,必须是电离出来的离子能和氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质”这一结论。请同学们依据这个结论完成表格。
根据已有的结论可以预测:氯化钠、硝酸钾电离产生的阴阳离子都不能与溶液中的氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质,无法破坏水的电离平衡,氢氧根离子浓度等于氢离子浓度,溶液呈中性;氯化铍、硫酸铍电离出来的铵根离子可以和溶液中的氢氧根离子结合生成弱电解质一水合氨,使氢氧根离子浓度小于氢离子浓度,溶液呈酸性;同样,硫酸铝电离出来的铝离子可以和溶液中的氢氧根离子结合生成弱电解质氢氧化铝,使氢氧根离子浓度小于氢离子浓度,溶液呈酸性;而醋酸钠电离出来的醋酸根、碳酸氢钠电离出来的碳酸氢根离子都可以和溶液中的氢离子结合,分别生成弱电解质醋酸和碳酸,使氢离子浓度小于氢氧根离子浓度,溶液呈碱性。
我们刚刚的预测是否正确呢?实践是检验真理的唯一标准。我们可以选择pH试纸或pH计测试表中所列盐溶液的酸碱性。老师已提前用pH试纸测量了各种溶液的pH值,请大家与标准比色卡做对比,分析实验测得的盐溶液酸碱性是否与我们的预测相符?
生:实验结果与预测相符。
师:我们不禁会好奇,盐溶液的酸碱性与盐的类型有什么关系吗?请同学们根据形成该盐的酸和碱的强弱,将表中的盐按强酸强碱盐、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐进行分类。
生:依据分类标准,氯化钠、硝酸钾是强酸强碱盐,氯化铵、硫酸铝是强酸弱碱盐,醋酸钠、碳酸氢钠是强碱弱酸盐。
师:分析表中结果,大家找到盐的类型与溶液酸碱性的关系了吗?
生:实验表明强酸强碱盐的溶液呈中性,强酸弱碱盐的溶液呈酸性,强碱弱酸盐的溶液呈碱性。
师:我们可以用一句话来概括这个关系:谁强显谁性,同强显中性。
已知碳酸根离子、醋酸根离子和碳酸氢根离子可以和水电离出来的氢离子作用,铵根离子和铝离子可以和水电离出来的氢氧根离子作用。那这是一个怎样的过程呢?下面老师将往10毫升饱和碳酸钠溶液中加入九十毫升蒸馏水,并用pH探头实时测量pH的变化。请同学们观看视频,思考在该实验中你获得哪些证据,说明了什么结论。
通过实验我们发现,当加入90毫升蒸馏水时,碳酸钠溶液的pH急剧下降,这是由于稀释使溶液的pH减小,而后pH又慢慢增大,说明稀释会导致水继续电离生成氢氧根离子。实验过程中pH的变化说明了盐电离出来的离子和水电离出来的离子之间的作用是一个可逆的过程,存在动态平衡。
让我们整理一下思路,碳酸钠电离出钠离子和碳酸根离子,水电离出氢氧根离子和氢离子,碳酸根离子和氢离子之间存在一个动态平衡的作用,用可逆符号表示。将该过程转化为离子方程式表示,即碳酸根离子和水发生可逆反应,生成碳酸氢根离子和氢氧根离子。我们把这一过程称为盐类水解。
请同学们注意,由于弱酸的电离是分步进行的,多元弱酸酸根的水解也是分步进行的,即碳酸根离子先与水反应生成碳酸氢根离子,碳酸氢根离子进一步与水反应生成碳酸。
盐类水解的进行程度大吗?请同学们根据已经测得的1摩每升碳酸钠溶液的pH值,计算1摩每升碳酸钠溶液水解程度的大小,大家会有什么发现呢?注意,由于碳酸氢根离子的浓度和水解能力均远小于碳酸根离子,此处计算不考虑碳酸氢根离子的水解,请同学们完成练习。
