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”的第二课时。本节课我们有以下学习目标:一是能通过水解常数,认识到盐类水解程度的大小主要由盐的性质决定;二是能通过实验探究温度、浓度对盐类水解平衡的影响,明确影响盐类水解平衡的反应条件,并解释其原因;三是能列举盐类水解在实际生产、生活和科学研究中的应用实例,并依据盐类水解的原理进行解释,体会化学原理的应用价值。
碳酸钠和碳酸氢钠都是日常生活中常用的盐,为什么生活中用碳酸钠溶液去除油污,而不用碳酸氢钠溶液呢?
生:因为相同浓度时,碳酸钠溶液的碱性更强。
师:非常好。那为什么同浓度的碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液,前者的碱性会更强呢?在电离平衡的学习中,我们用电离平衡常数来衡量弱电解质的电离程度。那么在水解平衡中,我们也可以用水解平衡常数来衡量盐的水解程度大小。
碳酸钠溶液中碳酸根离子水解以第一步为主,产生碳酸氢根离子和氢氧根离子。我们用$K_h$表示盐的水解常数,碳酸根离子的水解常数等于碳酸氢根离子浓度乘以氢氧根离子浓度,再除以碳酸根离子浓度。对这个比例式进行变换,上下同乘氢离子浓度,会发现分子中氢氧根离子浓度和氢离子浓度的乘积就是水的离子积常数,而余下部分则是碳酸氢根离子电离常数的倒数,即碳酸氢根离子水解常数等于水的离子积常数比上碳酸氢根离子的电离常数。
同理,碳酸氢根离子的水解常数等于碳酸浓度乘以氢氧根离子浓度,再除以碳酸氢根离子浓度。经过变换,最后碳酸氢根离子的水解常数等于水的离子积常数比上碳酸的电离常数。由于碳酸氢根离子的电离常数小于碳酸的电离常数,因此碳酸氢根离子的水解常数大于碳酸根离子的水解常数。
通过分析我们发现,盐类水解生成的弱酸或弱碱的电离常数越小,即酸性或碱性越弱,盐的水解程度越大。我们把这一规律简称为“越弱越水解”。盐类水解程度的大小除了由盐的性质所决定,还受哪些外界因素影响呢?下面请同学们以氯化铁溶液为例,设计实验,探究反应条件对水解平衡的影响。
实验用品有:试管夹、试管架、胶头滴管、pH计、药匙、酒精灯、火柴、0.01摩每升氯化铁溶液、氯化铁晶体、浓盐酸、浓氢氧化钠溶液。
请大家先思考:一、氯化铁溶液呈酸性还是碱性?写出氯化铁发生水解的离子方程式。二、从反应条件考虑,影响氯化铁水解平衡的因素可能有哪些?
生:氯化铁水解产生氢氧化铁和氯化氢,溶液显酸性。根据已学的平衡理论,影响氯化铁水解平衡的因素可能有温度和浓度。
师:现在请大家根据提供的实验用品,参照下表设计实验,预测实验现象,完成实验设计。
对于影响因素温度,我们可以取甲、乙两个烧杯,分别加入20毫升0.01摩每升氯化铁溶液,加热甲烧杯一段时间,测定两个烧杯中溶液的pH并对比,观察溶液颜色的变化。我们可以预测现象是甲烧杯溶液中的颜色明显加深,溶液的pH减小。请同学们观看实验视频,记录实验现象,并与你的预测现象做比较。
(播放实验视频:对氯化铁水解平衡的影响。取两个烧杯,分别取约20毫升0.01摩尔每升氯化铁溶液,观察溶液的颜色。用酒精灯加热其中一个烧杯,再观察两溶液的颜色,加热后的烧杯中溶液的颜色明显加深,分别测两溶液的pH,加热后氯化铁溶液pH为0.9,小于没加热的氯化铁溶液的pH 1.9。)
师:通过观看实验视频,我们预测的实验现象与实验事实相符,请大家应用平衡移动原理对实验现象进行解释。
生:升高温度,溶液的颜色明显加深,溶液pH减小。原因是水解过程是吸热的,加热使水解平衡向正反应方向移动,生成更多的氢氧化铁,颜色加深,氢离子浓度增大,pH减小。
师:对于影响因素反应物的浓度,我们可以取甲、乙两支试管,分别加入10毫升、0.01摩每升的氯化铁溶液,向甲中加入少量氯化铁晶体,振荡静置,对比观察溶液颜色的变化。我们可以预测现象是甲试管中溶液的颜色加深。请同学们观看实验视频,记录实验现象,并与你的预测现象做比较。
(播放实验视频:增加反应物浓度对氯化铁水解平衡的影响。用量筒量取5毫升0.01摩尔每升氯化铁溶液倒入试管中,观察溶液的颜色,再量取5毫升0.01摩尔每升氯化铁溶液备用。向其中一支试管中加入少量氯化铁晶体,倒入已量好的氯化铁溶液,振荡静置观察,颜色明显加深。)
师:通过观看实验视频,我们预测的实验现象与实验事实相符,请大家应用平衡移动原理对实验现象进行解释。
生:增大反应物氯化铁浓度,溶液颜色加深,同时溶液变浑浊。原因是增大氯化铁浓度,水解平衡向正反应方向移动,氢氧化铁浓度增大,溶液的颜色加深且变浑浊。
