师:同学们好,今天我们继续学习盐类水解的相关知识。上节课,我们学习了盐类水解原理及其本质,分析了盐类水解的特点,探讨了盐类水解的一般规律。今天这节课的学习目标是:结合化学平衡移动原理和探究活动,掌握温度、浓度、外加酸或碱等外界条件对水解平衡的影响;学会用盐类水解知识解释生产生活中的化学现象,体会化学知识与人类生产生活的密切关系。
大家看图片中的情境,相信并不陌生,这是学校组织的消防安全演练内容,右图展示的是泡沫灭火器的结构。泡沫灭火器是利用盐类水解知识设计而成的,它的工作原理是什么呢?请大家观看视频。
(现在演示泡沫灭火器的原理。锥形瓶中放有碳酸氢钠溶液,小试管内放有硫酸铝溶液。将锥形瓶倒置,产生大量气体,较大的气压使气体和溶液一起喷出。)
师:视频中,碳酸氢钠溶液和硫酸铝溶液混合时,发生了剧烈的化学反应,产生大量气体和沉淀,从而达到灭火的目的。我们知道,碳酸氢根离子和铝离子在水中都会发生微弱的水解,达到平衡状态。而且这种水解平衡是动态的,当外界条件改变时,平衡会发生移动。那么,泡沫灭火器中碳酸氢钠和硫酸铝的剧烈反应,是不是平衡移动的一种表现呢?今天,我们首先来探索影响水解平衡的外界因素。根据化学平衡影响因素,我们推测影响水解平衡移动的外界因素可能有温度、浓度、外加酸或碱等等。今天,我们将分别探讨这些因素是如何影响水解平衡移动的。
首先,温度的影响。上节课我们知道盐类水解反应是吸热反应,所以可以预测,加热能促进水解反应。事实是不是这样呢?我们设计如下实验进行验证:加热0.1摩尔每升氯化铵溶液,用pH传感器和温度传感器分别测量其pH和温度的变化。实验结果如图所示,图中上面的红色曲线表示氯化铵溶液pH的变化,下面的蓝色曲线表示溶液温度的变化。根据图中变化趋势,当温度不断升高,氯化铵溶液的pH不断降低,氢离子浓度不断增大,说明平衡不断向右移动。因此,我们得出结论:其他条件不变时,加热可以促进盐类水解反应的进行,简单记为“越热越水解”。
下面看迁移应用:使用纯碱清洗厨房油污时,用热碱水好还是用冷碱水好?
纯碱的主要成分是碳酸钠,因其水解呈碱性,可以去除油污,而且碱性越强,除污效果越好。热碱水温度高,碳酸根离子水解程度大,碱性强,所以用热碱水效果好。
接下来看浓度的影响。我们先思考两个问题:第一个问题,加水稀释氯化铵溶液时,可以通过测量哪些数据判断平衡是否移动以及移动的方向?我们知道,平衡如果发生移动,溶液中的微粒浓度等会发生改变,所以可以通过测量溶液中氢离子浓度等微粒的浓度变化。将0.1摩尔每升氯化铵溶液稀释10倍,若平衡不移动,氢离子浓度如何变化?pH如何变化?若平衡不移动,氢离子浓度将变为原溶液浓度的1/10,pH将增加一个单位。
下面我们设计实验证明加水稀释时盐溶液的平衡移动方向:在烧杯中加入20毫升稀氯化铵溶液,滴加蒸馏水至200毫升,用pH传感器测量溶液pH的变化。实验结果如图所示,稀释前氯化铵的pH等于5.74。如果平衡不移动,稀释后氯化铵的pH将变为6.74。但根据图中数据显示,稀释后溶液的pH变成了6.10,小于6.74,pH变化小于一个单位。这说明什么问题呢?
这说明加水稀释促进了氯化铵水解,又生成了一定量的氢离子,使氢离子浓度大于原来的1/10。所以,我们得到结论:盐的浓度越小,水解程度越大,稀释有利于盐类水解反应的进行,简单记为“越稀越水解”。
接着讨论第三个问题,外加酸或碱对水解平衡的影响。请大家利用化学平衡移动原理思考,在下列情况下,碳酸钠溶液和氯化铵溶液中的水解平衡将如何移动?水解程度有何变化?一向溶液中滴加少量浓盐酸;二向溶液中滴加少量浓氢氧化钠溶液。我们可以分别写出碳酸钠溶液和氯化铵溶液的水解离子方程式。当向碳酸钠溶液中滴加浓盐酸时,会消耗溶液中的氢氧根离子,水解平衡向右移动,促进了碳酸根离子的水解。向碳酸钠溶液中滴加浓氢氧化钠溶液,氢氧根离子浓度增大,抑制了碳酸根离子的水解。向氯化铵溶液中滴加浓盐酸,氢离子浓度增大,抑制了铵根离子的水解。向氯化铵溶液中滴加浓氢氧化钠,中和了氢离子,促进了铵根离子的水解。
因此,我们得到结论:其他条件不变时,加入酸或碱可以抑制或促进弱碱阳离子的水解;加入碱或酸可以抑制或促进弱酸酸根离子的水解。简单记为“同性抑制水解,异性促进水解”。
接下来看迁移应用:实验室配置氯化亚锡溶液时,由于弱碱阳离子亚锡离子容易水解,生成难溶的碱式氯化亚锡,致使溶液变浑浊。如何得到澄清的氯化亚锡溶液?
根据题意,溶液变浑浊主要原因是亚锡离子水解,亚锡离子水解生成碱式氯化亚锡的同时,还会有盐酸生成。为了抑制亚锡离子的水解,我们可向溶液中滴加适量的盐酸。所以本题答案是加入适量盐酸抑制亚锡离子水解。
下面我们一起来揭秘泡沫灭火器的工作原理。
碳酸氢钠溶液和硫酸铝溶液中分别存在以下水解平衡。当二者混合后,两个水解反应生成的氢氧根离子和氢离子结合生成水,促使两个水解平衡都向右移动。此反应方程式为:碳酸氢根离子和铝离子反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体。与一般的水解方程式相比,该反应书写有哪些不同呢?因为碳酸氢根离子和铝离子互相促进,使得水解程度增大,而且生成的氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体都离开了原反应体系,使得该反应进行得比较完全。因此我们要用等号连接,并且要标注沉淀和气体符号。
