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第 27 章 · 盐类的水解

项目 内容
课标主题 选择性必修 1 · 主题 3 水溶液中的离子反应与平衡 · 3.3 盐类水解(认识盐类水解的原理和影响盐类水解的主要因素;了解盐类水解在生产、生活中的应用);学生必做实验“盐类水解的应用”
人教版(2019) 选择性必修 1 第三章第三节“盐类的水解”;实验活动 3“盐类水解的应用”
考试地位 判断盐溶液的酸碱性、写水解方程式、比较水解程度、双水解、蒸干产物、配制溶液和除杂,是选择题和实验题的常考内容
前置知识 第 25 章弱电解质的电离平衡与 KaK_a、第 26 章水的电离与 KwK_\mathrm{w}、第 4 章离子反应、第 23 章 QQ 与 KK

盐溶液不一定都是中性:NaCl\ce{NaCl} 溶液中性,CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液显碱性,NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液显酸性,NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液的碱性比 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 强。原因不是盐本身能电离出 HX+\ce{H+} 或 OHX−\ce{OH-},而是盐的离子把水电离出的 HX+\ce{H+} 或 OHX−\ce{OH-} “抢走”了一部分,使水的电离平衡发生移动。这一章把盐类水解讲成第 25 章电离平衡、第 26 章水的电离的直接应用:水解常数 KhK_h 只是 KwK_\mathrm{w} 与 KaK_a(或 KbK_b)的比值;判断水解程度、比较酸碱性,仍然用 QQ 与 KK 的同一套方法。

知识点 一句话 考试中
27.2 盐类水解的规律与实质 盐的弱酸根或弱碱根与水反应,生成弱电解质,使水的电离平衡移动;有弱才水解,谁强显谁性 判断盐溶液酸碱性;写水解方程式;比较水解程度
27.3 影响水解的因素 升温促进水解;稀释促进水解;加酸或加碱改变水解平衡;同离子抑制 判断加热、稀释、加酸碱后 pH 和 c(HX+)c(\ce{H+}) 的变化
27.4 水解常数 KhK_h 与 KaK_a、KwK_\mathrm{w} 的关系 Kh=KwKaK_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_a}(弱酸根)或 KwKb\dfrac{K_\mathrm{w}}{K_b}(弱碱根);KhK_h 越大,水解越强 计算 KhK_h、盐溶液的 pH;比较水解程度
27.5 盐类水解的应用 配制溶液、除杂、净水、泡沫灭火器、制备、蒸干产物、化肥使用 解释操作目的;判断蒸干产物;写泡沫灭火器方程式
27.6 双水解 两种离子的水解互相促进,生成沉淀或气体时进行到底 判断离子能否共存;写双水解方程式

宏观:0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} 的 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液 pH 约 8.9,显碱性;0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} 的 NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液 pH 约 5.1,显酸性;NaCl\ce{NaCl}、NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 溶液显中性;NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液的碱性比同浓度的 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 强。盐溶液的酸碱性,取决于盐里的离子能不能与水反应。

微观:以 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 为例。CHX3COONa\ce{CH3COONa} 完全电离出 NaX+\ce{Na+} 和 CHX3COOX−\ce{CH3COO-};水微弱电离出 HX+\ce{H+} 和 OHX−\ce{OH-}。CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 是弱酸根,会与水电离出的 HX+\ce{H+} 结合成难电离的 CHX3COOH\ce{CH3COOH}:

CHX3COOX−+HX2O⇌CHX3COOH+OHX−\ce{CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-}

HX+\ce{H+} 被消耗,水的电离平衡向右移动,OHX−\ce{OH-} 留下来,所以溶液显碱性。NaX+\ce{Na+} 是强碱的阳离子,不与水反应,不参与水解。这个过程叫盐类的水解。

NHX4Cl\ce{NH4Cl} 正好相反:NHX4X+\ce{NH4+} 是弱碱的阳离子,与水反应生成难电离的 NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O} 和 HX+\ce{H+}:

NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+}

HX+\ce{H+} 留下来,溶液显酸性;ClX−\ce{Cl-} 是强酸的酸根,不水解。

符号:盐类水解的规律可以概括为:

  • 有弱才水解,无弱不水解:盐里含有弱酸根或弱碱根才水解;强酸强碱盐(NaCl\ce{NaCl}、KNOX3\ce{KNO3}、NaX2SOX4\ce{Na2SO4})不水解。
  • 谁弱谁水解,谁强显谁性:弱酸根水解显碱性,弱碱根水解显酸性;强酸强碱盐显中性。
  • 都弱看相对强弱:弱酸弱碱盐(如 CHX3COONHX4\ce{CH3COONH4})两种离子都水解,溶液的酸碱性取决于 KaK_a 和 KbK_b 的相对大小;Ka>KbK_a > K_b 时显酸性,Ka<KbK_a < K_b 时显碱性,Ka=KbK_a = K_b 时近中性。
  • 越弱越水解:弱酸(或弱碱)越弱,其酸根(或阳离子)结合 HX+\ce{H+}(或 OHX−\ce{OH-})的能力越强,水解程度越大。

一元弱酸根的水解方程式写可逆号,不标“↑\uparrow”“↓\downarrow”;多元弱酸根分步水解,以第一步为主:

COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−,HCOX3X−+HX2O⇌HX2COX3+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-}, \qquad \ce{HCO3- + H2O <=> H2CO3 + OH-}

AlX3+\ce{Al^3+}、FeX3+\ce{Fe^3+} 等高价阳离子的水解也分步,通常只写第一步:

AlX3++3 HX2O⇌Al(OH)X3+3 HX+\ce{Al^3+ + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3H+}

(严格地,AlX3+\ce{Al^3+} 水解分步生成 [Al(OH)]X2+\ce{[Al(OH)]^2+}、[Al(OH)X2]X+\ce{[Al(OH)2]+}、Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 等,高中通常合并写;Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 是弱电解质,不标沉淀符号。)

CH3COONa 溶液中的水解:CH3COO- 结合水电离出的 H+ 生成难电离的 CH3COOH,OH- 留下,溶液显碱性

  • 题目问“下列盐溶液显酸性、碱性还是中性” → 看盐里有没有弱酸根或弱碱根 → 有弱酸根显碱性,有弱碱根显酸性,都没有显中性;都弱再比较 KaK_a、KbK_b。
  • 题目要求写水解方程式 → 找弱酸根或弱碱根,写它与水的可逆反应,生成弱酸(或弱碱)和 OHX−\ce{OH-}(或 HX+\ce{H+}) → 多元弱酸根分步写,不标气体、沉淀符号。
  • 题目比较同浓度的几种盐溶液的碱性强弱 → 比较对应弱酸的 KaK_a,KaK_a 越小,酸根水解越强,碱性越强 → 用“越弱越水解”。
  • 题目问“NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液为什么显碱性”“NaHSOX3\ce{NaHSO3} 溶液为什么显酸性” → 比较水解程度和电离程度 → 水解大于电离显碱性,电离大于水解显酸性。
  • 水解是可逆的,程度一般很小;单一离子的水解不产生气体或沉淀,水解方程式用可逆号,不标“↑\uparrow”“↓\downarrow”。只有双水解生成气体或沉淀时,才用等号并标状态符号。
  • 强酸强碱盐不水解,溶液显中性;但强酸酸式盐(NaHSOX4\ce{NaHSO4})在水中完全电离出 HX+\ce{H+},显酸性,这是电离不是水解。
  • 弱酸酸式盐的酸碱性要看“水解”和“电离”谁占优势:HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解大于电离,NaHCOX3\ce{NaHCO3} 显碱性;HSOX3X−\ce{HSO3-}、HX2POX4X−\ce{H2PO4-} 电离大于水解,NaHSOX3\ce{NaHSO3}、NaHX2POX4\ce{NaH2PO4} 显酸性。
  • AlX3+\ce{Al^3+}、FeX3+\ce{Fe^3+} 的水解比较明显,配制它们的溶液时要加相应的酸抑制水解;Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 是两性氢氧化物,碱性太强会溶解成 [Al(OH)X4]X−\ce{[Al(OH)4]-}。
  • “谁强显谁性”只适用于强酸弱碱盐和强碱弱酸盐;弱酸弱碱盐要比较 KaK_a 和 KbK_b,不能简单套。
  • 水解吸热,升温促进水解;但水解程度一般仍很小,不能把弱酸根完全水解成弱酸。

水解为什么发生:弱酸根 AX−\ce{A-} 是弱酸 HA\ce{HA} 的共轭碱,它结合 HX+\ce{H+} 的能力比 OHX−\ce{OH-} 强;水中的 HX+\ce{H+} 被 AX−\ce{A-} 抢走,生成难电离的 HA\ce{HA},剩下的 OHX−\ce{OH-} 使溶液显碱性。弱碱阳离子(以 NHX4X+\ce{NH4+} 为例)则抢走水中的 OHX−\ce{OH-},生成难电离的 NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O},剩下 HX+\ce{H+}。水解的本质是弱酸根(或弱碱根)与水的竞争(关键一步:水解不是盐“电离出” OHX−\ce{OH-} 或 HX+\ce{H+},而是盐的离子把水电离出的一种离子结合掉,使水的电离平衡移动)。

为什么“越弱越水解”:弱酸 HA\ce{HA} 越弱,KaK_a 越小,AX−\ce{A-} 结合 HX+\ce{H+} 的能力越强,水解常数 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 越大,水解程度越大。所以同浓度的 NaClO\ce{NaClO}(HClO\ce{HClO} 的 Ka=4.0×10−8K_a = 4.0 \times 10^{-8})比 CHX3COONa\ce{CH3COONa}(CHX3COOH\ce{CH3COOH} 的 Ka=1.8×10−5K_a = 1.8 \times 10^{-5})碱性更强;NaX2COX3\ce{Na2CO3} 的第一步水解对应 HCOX3X−\ce{HCO3-} 的 Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11},比 NaClO\ce{NaClO} 还弱,所以碱性更强。

为什么水解程度小:水解的产物是弱电解质,但水本身也是弱电解质,HX+\ce{H+}、OHX−\ce{OH-} 的浓度很小;水解平衡常数 KhK_h 通常远小于 1,所以只有一小部分离子水解。只有双水解生成气体或沉淀、不断移走产物时,反应才能进行到底。

例 1 (场景:判断盐溶液的酸碱性)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,下列 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} 的盐溶液显酸性、碱性还是中性?

(1)NaCl\ce{NaCl};(2)CHX3COONa\ce{CH3COONa};(3)NHX4Cl\ce{NH4Cl};(4)NaX2COX3\ce{Na2CO3};(5)NaHCOX3\ce{NaHCO3};(6)NaHSOX3\ce{NaHSO3};(7)AlClX3\ce{AlCl3};(8)NaX2SOX4\ce{Na2SO4}。

解:

判断依据:有弱酸根显碱性,有弱碱根显酸性,强酸强碱盐中性;酸式盐比较水解和电离。

(1)中性;(2)碱性;(3)酸性;(4)碱性;(5)碱性(HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解大于电离);(6)酸性(HSOX3X−\ce{HSO3-} 电离大于水解);(7)酸性;(8)中性。

检验:NaCl\ce{NaCl}、NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 的阴阳离子都是强酸、强碱的离子,不水解;NaHCOX3\ce{NaHCO3} 和 NaHSOX3\ce{NaHSO3} 同为酸式盐,但水解与电离的相对大小相反,酸碱性相反。

例 2 (场景:写水解方程式)写出下列离子在水溶液中的水解方程式:

(1)CHX3COOX−\ce{CH3COO-};(2)NHX4X+\ce{NH4+};(3)COX3X2−\ce{CO3^2-};(4)AlX3+\ce{Al^3+}。

解:

(1)CHX3COOX−+HX2O⇌CHX3COOH+OHX−\ce{CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-}。

(2)NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+}。

(3)COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-},HCOX3X−+HX2O⇌HX2COX3+OHX−\ce{HCO3- + H2O <=> H2CO3 + OH-}。

(4)AlX3++3 HX2O⇌Al(OH)X3+3 HX+\ce{Al^3+ + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3H+}。

三查:各式的原子守恒、电荷守恒;水解是可逆的,用可逆号;Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 是弱电解质,不标沉淀符号。

例 3 (场景:比较同浓度盐溶液的碱性强弱)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} 的下列溶液:CHX3COONa\ce{CH3COONa}、NaClO\ce{NaClO}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaHCOX3\ce{NaHCO3}。按碱性由强到弱排序,并说明理由。

解:

判断依据:越弱越水解;对应弱酸的 KaK_a 越小,酸根水解越强,碱性越强。

NaX2COX3\ce{Na2CO3} 对应 HCOX3X−\ce{HCO3-} 的 Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11};NaClO\ce{NaClO} 对应 HClO\ce{HClO} 的 Ka=4.0×10−8K_a = 4.0 \times 10^{-8};NaHCOX3\ce{NaHCO3} 对应 HX2COX3\ce{H2CO3} 的 Ka1=4.5×10−7K_{a1} = 4.5 \times 10^{-7};CHX3COONa\ce{CH3COONa} 对应 CHX3COOH\ce{CH3COOH} 的 Ka=1.8×10−5K_a = 1.8 \times 10^{-5}。

排序:NaX2COX3>NaClO>NaHCOX3>CHX3COONa\ce{Na2CO3} > \ce{NaClO} > \ce{NaHCO3} > \ce{CH3COONa}。

检验:KaK_a 由小到大是 HCOX3X−<HClO<HX2COX3<CHX3COOH\ce{HCO3-} < \ce{HClO} < \ce{H2CO3} < \ce{CH3COOH},碱性顺序正好相反;NaHCOX3\ce{NaHCO3} 虽然对应 HX2COX3\ce{H2CO3} 的 Ka1K_{a1},但它的碱性还受 HCOX3X−\ce{HCO3-} 电离的影响,实际碱性弱于 NaClO\ce{NaClO},排序合理。

另一种解法:直接算四种盐的 KhK_h:NaX2COX3\ce{Na2CO3} 约 2.1×10−42.1 \times 10^{-4},NaClO\ce{NaClO} 约 2.5×10−72.5 \times 10^{-7},NaHCOX3\ce{NaHCO3} 约 2.2×10−82.2 \times 10^{-8},CHX3COONa\ce{CH3COONa} 约 5.6×10−105.6 \times 10^{-10},排序相同。用 KhK_h 比较更直接,用 KaK_a 排序更快;两种方法都要注意用对哪一步 KaK_a。

例 4 (场景:酸式盐的水解与电离竞争)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液显碱性,NaHSOX3\ce{NaHSO3} 溶液显酸性。分别比较两种酸式根的水解程度和电离程度,并解释。

解:

判断依据:酸式根既能水解又能电离,溶液的酸碱性取决于两者谁占优势。

HCOX3X−\ce{HCO3-}:水解 HCOX3X−+HX2O⇌HX2COX3+OHX−\ce{HCO3- + H2O <=> H2CO3 + OH-},Kh=KwKa1(HX2COX3)=1.0×10−144.5×10−7≈2.2×10−8K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2CO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.5 \times 10^{-7}} \approx 2.2 \times 10^{-8};电离 HCOX3X−⇌HX++COX3X2−\ce{HCO3- <=> H+ + CO3^2-},Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11}。Kh>Ka2K_h > K_{a2},水解占优势,显碱性。

HSOX3X−\ce{HSO3-}:水解 Kh=KwKa1(HX2SOX3)=1.0×10−141.5×10−2≈6.7×10−13K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2SO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.5 \times 10^{-2}} \approx 6.7 \times 10^{-13};电离 Ka2=1.0×10−7K_{a2} = 1.0 \times 10^{-7}。Ka2≫KhK_{a2} \gg K_h,电离占优势,显酸性。

检验:两个酸式根的 KhK_h 和 KaK_a 都远小于 1,说明水解和电离都只有一小部分;比较的是相对大小,不是绝对大小。

例 5 (场景:解释生活现象)为什么用 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液可以洗去餐具上的油污?为什么 AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 可用于净水?

解:

判断依据:NaX2COX3\ce{Na2CO3} 水解显碱性,油脂在碱性条件下水解(皂化);AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 水解生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 胶体,胶体吸附悬浮杂质。

NaX2COX3\ce{Na2CO3}:COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-},产生的 OHX−\ce{OH-} 使油脂水解成可溶于水的甘油和高级脂肪酸盐,从而除去油污。加热促进水解,碱性增强,去污效果更好。

AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3}:AlX3++3 HX2O⇌Al(OH)X3+3 HX+\ce{Al^3+ + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3H+},生成的 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 胶体表面积大,能吸附水中的悬浮杂质并沉降。它只能净水,不能杀菌消毒。

检验:两个应用都建立在“水解产生 OHX−\ce{OH-} 或 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3}”上;NaX2COX3\ce{Na2CO3} 去油污靠碱性,AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 净水靠胶体吸附,机制不同。

  • 有弱才水解,无弱不水解;谁弱谁水解,谁强显谁性;都弱看 KaK_a、KbK_b;越弱越水解。
  • 同浓度弱酸根盐溶液,对应弱酸的 KaK_a 越小,碱性越强;同浓度弱碱盐溶液,对应弱碱的 KbK_b 越小,酸性越强。
  • 酸式盐的酸碱性:HCOX3X−\ce{HCO3-}、HPOX4X2−\ce{HPO4^2-} 水解大于电离,显碱性;HSOX3X−\ce{HSO3-}、HX2POX4X−\ce{H2PO4-} 电离大于水解,显酸性。
  • 水解方程式用可逆号,不标气体、沉淀;多元弱酸根分步写,以第一步为主。
  • 水解程度一般很小,不能用“完全水解”解释弱酸根盐的碱性;只有双水解生成气体或沉淀时才进行到底。
  • 错在哪:把 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 的水解方程式写成 CHX3COOX−+HX2O=CHX3COOH+OHX−\ce{CH3COO- + H2O = CH3COOH + OH-},并标“↓\downarrow”。 为什么错:规范性错误。单一水解是可逆的,程度小,不生成沉淀。 正确做法:用可逆号,不标状态符号;只有双水解生成沉淀或气体时才用等号并标。
  • 错在哪:认为 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液显酸性,因为 HCOX3X−\ce{HCO3-} 能电离出 HX+\ce{H+}。 为什么错:理解性错误。HCOX3X−\ce{HCO3-} 既能电离又能水解,水解(Kh≈2.2×10−8K_h \approx 2.2 \times 10^{-8})大于电离(Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11}),所以显碱性。 正确做法:比较 KhK_h 和 KaK_a,谁大显谁性。
  • 错在哪:认为所有盐溶液都显中性。 为什么错:记忆性错误。只有强酸强碱盐不水解,显中性;弱酸弱碱盐会水解。 正确做法:先看盐里有没有弱酸根或弱碱根。

把水解想成“抢人”:水自己会拆成 HX+\ce{H+} 和 OHX−\ce{OH-},弱酸根 AX−\ce{A-} 把 HX+\ce{H+} 抢走,剩下 OHX−\ce{OH-};弱碱根(如 NHX4X+\ce{NH4+})把 OHX−\ce{OH-} 抢走,剩下 HX+\ce{H+}。谁抢得狠,溶液就向谁留下的离子那边偏。弱酸越弱,AX−\ce{A-} 抢 HX+\ce{H+} 越狠,碱性越强。

  • 前置:第 25 章弱电解质的电离平衡,KaK_a、KbK_b。
  • 前置:第 26 章水的电离与 KwK_\mathrm{w},水解使水的电离平衡移动。
  • 前置:第 4 章离子反应,弱电解质、双水解与离子共存。
  • 后续:27.3 影响水解的因素,用 QQ 与 KhK_h 判断。
  • 后续:27.4 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 的计算。
  • 后续:27.5 应用,配制溶液、除杂、净水、泡沫灭火器。
  • 后续:27.6 双水解,离子共存和完全水解。
  • 后续:第 29 章粒子浓度关系,水解与守恒式一起用。

宏观:向滴有酚酞的 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液中加热,红色加深;加水稀释,红色变浅,但水解程度反而增大;向 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液中加少量盐酸,红色变浅甚至褪去;加少量 NaOH\ce{NaOH},红色加深。NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液正好相反:加酸抑制水解,加碱促进水解。

微观:以 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 的水解为例:

CHX3COOX−+HX2O⇌CHX3COOH+OHX−\ce{CH3COO- + H2O <=> CH3COOH + OH-}

水解常数 Kh=c(CHX3COOH)c(OHX−)c(CHX3COOX−)K_h = \dfrac{c(\ce{CH3COOH})c(\ce{OH-})}{c(\ce{CH3COO-})}。改变条件时,先看 KhK_h 是否改变(只有温度改变 KhK_h),再算浓度商 QQ 与 KhK_h 比较:

  • 升温:水解吸热,KhK_h 增大,Q<KhQ < K_h,平衡正向移动,水解程度增大,碱性增强。
  • 加水稀释:各浓度同比例减小,Q=(c(CHX3COOH)/n)(c(OHX−)/n)c(CHX3COOX−)/n=Qn<KhQ = \dfrac{(c(\ce{CH3COOH})/n)(c(\ce{OH-})/n)}{c(\ce{CH3COO-})/n} = \dfrac{Q}{n} < K_h,平衡正向移动,水解程度增大;但溶液被摊薄,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小,碱性减弱。
  • 加酸:HX+\ce{H+} 消耗 OHX−\ce{OH-},Q<KhQ < K_h,平衡正向移动,水解程度增大;但溶液酸性增强,pH 减小。
  • 加碱:OHX−\ce{OH-} 增多,Q>KhQ > K_h,平衡逆向移动,水解程度减小;pH 增大。
  • 加醋酸:CHX3COOH\ce{CH3COOH} 增多,Q>KhQ > K_h,平衡逆向移动,水解程度减小。
  • 加 NaOH\ce{NaOH} 固体:增加 OHX−\ce{OH-},抑制水解;溶解引起的体积变化忽略不计。

符号:各条件对 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 水解的影响如下表:

改变的条件 KhK_h QQ 与 KhK_h 移动方向 水解程度 c(OHX−)c(\ce{OH-}) pH
升高温度 增大 Q<KhQ < K_h 正向 增大 增大 增大
加水稀释 不变 Q<KhQ < K_h 正向 增大 减小 减小(趋近 7)
加少量盐酸 不变 Q<KhQ < K_h 正向 增大 减小 减小
加少量 NaOH\ce{NaOH} 不变 Q>KhQ > K_h 逆向 减小 增大 增大
加少量醋酸 不变 Q>KhQ > K_h 逆向 减小 减小 减小

加热滴有酚酞的醋酸钠溶液,红色加深;水解吸热,升温促进水解,c(OH-) 增大

  • 题目问“加热 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液,pH 和水解程度怎样变化” → 水解吸热,升温促进,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大,pH 增大 → 水解程度增大。
  • 题目问“加水稀释 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液,水解程度和 c(OHX−)c(\ce{OH-}) 怎样变化” → 稀释促进水解,但溶液摊薄,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小 → 水解程度增大、碱性减弱。
  • 题目问“向 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液中加盐酸或 NaOH\ce{NaOH},水解平衡向哪边移动” → 加酸消耗 OHX−\ce{OH-},促进水解;加碱增加 OHX−\ce{OH-},抑制水解 → 用 QQ 与 KhK_h 判断。
  • 题目问“配制 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液时为什么要加少量盐酸” → FeX3+\ce{Fe^3+} 水解显酸性,加酸抑制水解,防止溶液浑浊 → 用平衡移动解释。
  • 题目问“为什么加热能增强 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 的去油污能力” → 升温促进 COX3X2−\ce{CO3^2-} 水解,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大,油脂水解加快 → 生活应用。
  • 水解是吸热的,升温促进水解;但升温同时使 KwK_\mathrm{w} 增大,比较 pH 时不能只看水解一个因素(第 26 章)。
  • 稀释时“水解程度增大”和“c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小”并不矛盾:前者是比例,后者是浓度;pH 向 7 靠近,但不会越过 7。
  • 加酸促进弱酸根水解,但溶液的 pH 由加入的酸决定,通常减小;加碱抑制弱酸根水解,但 pH 增大。判断“水解程度”和“溶液酸碱性”要分开。
  • 对于弱碱阳离子的水解,加酸抑制、加碱促进,方向与弱酸根相反。
  • 加同离子(如向 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 中加 CHX3COOH\ce{CH3COOH})抑制水解;加能消耗 OHX−\ce{OH-} 或 HX+\ce{H+} 的物质,促进水解。
  • KhK_h 只随温度变;加水、加酸、加碱都不改变 KhK_h,改变的是 QQ。

稀释为什么促进水解:设原溶液体积为 VV,加水稀释 nn 倍,各浓度变为原来的 1n\dfrac{1}{n}。水解的浓度商

Q=c(CHX3COOH)⋅c(OHX−)c(CHX3COOX−)Q = \frac{c(\ce{CH3COOH}) \cdot c(\ce{OH-})}{c(\ce{CH3COO-})}

分子是两个浓度相乘,变为原来的 1n2\dfrac{1}{n^2};分母变为原来的 1n\dfrac{1}{n},所以 QQ 变为原来的 1n\dfrac{1}{n},小于 KhK_h,平衡正向移动(关键一步:稀释对分子、分母的影响倍数不同,水解的“产物”有两个,“反应物”只有一个,所以稀释总是促进水解)。但平衡移动只能“补回”一部分,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 仍比稀释前小。

加酸为什么促进弱酸根水解:加酸使 HX+\ce{H+} 增多,HX+\ce{H+} 与水解产生的 OHX−\ce{OH-} 中和,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小,Q<KhQ < K_h,平衡正向移动;同时,加入的 HX+\ce{H+} 也能直接与 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 结合成 CHX3COOH\ce{CH3COOH},效果相同。对于弱碱阳离子,加酸使 HX+\ce{H+} 增多,Q=c(NHX3 ⋅ HX2O)c(HX+)c(NHX4X+)Q = \dfrac{c(\ce{NH3.H2O})c(\ce{H+})}{c(\ce{NH4+})} 增大,Q>KhQ > K_h,抑制水解。

升温为什么促进水解:水解是中和反应的逆反应,中和放热,所以水解吸热。升温使 KhK_h 增大,Q<KhQ < K_h,平衡正向移动,水解程度增大。

例 1 (场景:加热)将 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液加热(忽略体积变化),水解程度、c(OHX−)c(\ce{OH-})、pH 各怎样变化?

解:

判断依据:水解吸热,升温 KhK_h 增大,平衡正向移动。

结论:水解程度增大;c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大;pH 增大。

检验:酚酞红色加深,与 c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大一致;升温也促进水的电离,但 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 水解产生的 OHX−\ce{OH-} 是主要因素。

例 2 (场景:稀释)将 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液加水稀释 10 倍,水解程度、c(OHX−)c(\ce{OH-})、pH 各怎样变化?

解:

判断依据:稀释促进水解,水解程度增大;但溶液摊薄,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小。

结论:水解程度增大;c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小;pH 减小,向 7 靠近。

检验:与弱酸稀释的规律同构:电离度/水解度增大,但离子浓度减小;酚酞红色变浅。

例 3 (场景:加酸、加碱)向 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液中分别加入少量盐酸和少量 NaOH\ce{NaOH},水解平衡向哪边移动?水解程度和 pH 怎样变化?

解:

判断依据:加酸消耗 OHX−\ce{OH-},Q<KhQ < K_h,促进水解;加碱增加 OHX−\ce{OH-},Q>KhQ > K_h,抑制水解。

加盐酸:平衡正向移动,水解程度增大,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小,pH 减小。

加 NaOH\ce{NaOH}:平衡逆向移动,水解程度减小,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大,pH 增大。

检验:两者都改变 QQ,不改变 KhK_h;加酸后溶液可能变成酸性,但“水解程度增大”仍然成立,因为 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 被更多地转化成 CHX3COOH\ce{CH3COOH}。

例 4 (场景:弱碱阳离子的水解)向 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液中分别加入少量盐酸和少量 NaOH\ce{NaOH},水解平衡向哪边移动?pH 怎样变化?

解:

判断依据:NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+}。加酸增加 HX+\ce{H+},Q>KhQ > K_h,抑制水解;加碱消耗 HX+\ce{H+},Q<KhQ < K_h,促进水解。

加盐酸:平衡逆向移动,水解程度减小,pH 减小。

加 NaOH\ce{NaOH}:平衡正向移动,水解程度增大,c(HX+)c(\ce{H+}) 减小,pH 增大。

检验:与 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 的方向相反:弱碱阳离子“怕酸不怕碱”,弱酸根“怕碱不怕酸”。

例 5 (场景:配制溶液)配制 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液时,为什么要先加少量盐酸?如果直接用水配制,会看到什么现象?

解:

判断依据:FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+},水解显酸性。

加盐酸使 c(HX+)c(\ce{H+}) 增大,Q>KhQ > K_h,抑制 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,溶液保持澄清。

直接用水配制,FeX3+\ce{Fe^3+} 水解生成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3},溶液变浑浊,甚至出现红褐色沉淀;加热时水解更明显。

检验:加酸不改变 KhK_h,只改变 QQ;这是“同离子抑制水解”的典型应用。

  • 升温促进水解,水解程度增大;加水稀释也促进水解,但 c(HX+)c(\ce{H+}) 或 c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小,pH 向 7 靠近。
  • 弱酸根水解“怕碱不怕酸”:加酸促进,加碱抑制;弱碱阳离子水解“怕酸不怕碱”:加酸抑制,加碱促进。
  • 加同离子(弱酸或弱碱本身)抑制水解;加能消耗 HX+\ce{H+} 或 OHX−\ce{OH-} 的物质促进水解。
  • 配制易水解的盐溶液(FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3}、FeSOX4\ce{FeSO4} 等)时,加相应的酸抑制水解;FeSOX4\ce{FeSO4} 还要加铁粉防止氧化。
  • 判断顺序:先看温度是否改变 KhK_h;温度不变时 KhK_h 不变,算 QQ 再比较。
  • 错在哪:认为稀释 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液后,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大。 为什么错:理解性错误。稀释促进水解,但溶液体积增大,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 仍减小。 正确做法:水解程度增大,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小,pH 向 7 靠近。
  • 错在哪:认为加酸一定抑制水解。 为什么错:理解性错误。加酸促进弱酸根水解,抑制弱碱阳离子水解,要看盐的类型。 正确做法:弱酸根“怕碱不怕酸”,弱碱阳离子“怕酸不怕碱”。
  • 错在哪:认为升温只促进水的电离,不影响水解。 为什么错:记忆性错误。水解吸热,升温直接增大 KhK_h,促进水解。 正确做法:升温同时促进水的电离和水解,二者都要考虑。

水解像一个“抢人”的平衡:弱酸根抢水里的 HX+\ce{H+},留下 OHX−\ce{OH-}。加热让“抢”的动作更快,抢得更多;加水把人群摊稀,抢的比例更大,但单位体积里剩下的 OHX−\ce{OH-} 更少;加酸相当于把 OHX−\ce{OH-} 这个“产物”搬走,抢的人更起劲;加碱相当于往产物堆里加人,抢的人就懒了。

  • 前置:27.2 盐类水解的规律与实质。
  • 前置:第 23 章 QQ 与 KK、第 25 章电离平衡的移动、第 26 章水的电离。
  • 后续:27.4 KhK_h 的计算,定量解释“越弱越水解”。
  • 后续:27.5 应用,配制溶液、除杂、蒸干产物。
  • 后续:第 29 章粒子浓度关系,水解与守恒式。
  • 常一起考:第 26 章 pH 计算;第 28 章沉淀溶解平衡中的水解竞争。

27.4 水解常数 KhK_h 与 KaK_a、KwK_\mathrm{w} 的关系

Section titled “27.4 水解常数 与 、 的关系”

宏观:同浓度的 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液比 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 碱性强,NaClO\ce{NaClO} 比 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 碱性强。这些“强弱”可以用一个数统一表示——水解常数 KhK_h。KhK_h 越大,水解程度越大,盐溶液的酸碱性越强。

微观:以弱酸根 AX−\ce{A-} 为例,水解平衡为 AX−+HX2O⇌HA+OHX−\ce{A- + H2O <=> HA + OH-},水解常数

Kh=c(HA)⋅c(OHX−)c(AX−)K_h = \frac{c(\ce{HA}) \cdot c(\ce{OH-})}{c(\ce{A-})}

把分子、分母同乘 c(HX+)c(\ce{H+}),利用 Kw=c(HX+)c(OHX−)K_\mathrm{w} = c(\ce{H+})c(\ce{OH-}) 和 Ka=c(HX+)c(AX−)c(HA)K_a = \dfrac{c(\ce{H+})c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})},得

Kh=KwKaK_h = \frac{K_\mathrm{w}}{K_a}

弱碱阳离子 NHX4X+\ce{NH4+} 的水解 NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+},同理

Kh=KwKbK_h = \frac{K_\mathrm{w}}{K_b}

符号:KhK_h 只随温度变化,与浓度无关。KhK_h 越大,水解程度越大。对于多元弱酸根,要按“失去第几个 HX+\ce{H+}”选对应的 KaK_a:

  • COX3X2−\ce{CO3^2-} 水解生成 HCOX3X−\ce{HCO3-},对应 HX2COX3\ce{H2CO3} 的第二步电离:Kh1=KwKa2(HX2COX3)K_{h1} = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a2}(\ce{H2CO3})}。
  • HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解生成 HX2COX3\ce{H2CO3},对应第一步电离:Kh2=KwKa1(HX2COX3)K_{h2} = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2CO3})}。

盐溶液的 pH 可用近似式估算:弱酸根盐 c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0};弱碱盐 c(HX+)≈Khc0c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0}(c0c_0 是盐的浓度,KhK_h 很小、水解程度不大时成立)。

  • 题目给弱酸的 KaK_a 和 KwK_\mathrm{w},求盐的 KhK_h → 用 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a → 注意多元酸用哪一步的 KaK_a。
  • 题目给盐的浓度和 KhK_h,求盐溶液的 pH → 用 c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0} 或 c(HX+)≈Khc0c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0} → 再算 pH。
  • 题目比较同浓度盐溶液的碱性强弱 → 比较 KhK_h,KhK_h 大的碱性强 → 回到“越弱越水解”。
  • 题目判断酸式盐的酸碱性 → 比较水解常数 KhK_h 和电离常数 KaK_a → Kh>KaK_h > K_a 显碱性,Kh<KaK_h < K_a 显酸性。
  • 弱酸根用 KaK_a,弱碱阳离子用 KbK_b;不要混用。
  • 多元弱酸根的水解常数要用对应的那一步 KaK_a:COX3X2−\ce{CO3^2-} 用 Ka2K_{a2},HCOX3X−\ce{HCO3-} 用 Ka1K_{a1};用错一步,结果会差几个数量级。
  • KhK_h 只随温度变;加水、加酸、加碱都不改变 KhK_h。
  • 近似式 c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0} 要求水解程度较小(一般 <5%<5\%);若 KhK_h 较大或浓度很小,要解二次方程。
  • 弱酸弱碱盐(如 CHX3COONHX4\ce{CH3COONH4})两种离子都水解,pH 由 Ka(CHX3COOH)K_a(\ce{CH3COOH}) 和 Kb(NHX3 ⋅ HX2O)K_b(\ce{NH3.H2O}) 的相对大小决定,不能只用 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 算一个离子。
  • KhK_h 与 KaK_a 的乘积关系 KaKh=KwK_a K_h = K_\mathrm{w} 只适用于共轭酸碱对;不同的酸不能乱套。

Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 是怎么来的:水解平衡 AX−+HX2O⇌HA+OHX−\ce{A- + H2O <=> HA + OH-} 的平衡常数是 Kh=c(HA)c(OHX−)c(AX−)K_h = \dfrac{c(\ce{HA})c(\ce{OH-})}{c(\ce{A-})}。分子、分母同乘 c(HX+)c(\ce{H+}):

Kh=c(HA)c(OHX−)c(HX+)c(AX−)c(HX+)=c(OHX−)c(HX+)c(AX−)c(HX+)/c(HA)=KwKaK_h = \frac{c(\ce{HA})c(\ce{OH-})c(\ce{H+})}{c(\ce{A-})c(\ce{H+})} = \frac{c(\ce{OH-})c(\ce{H+})}{c(\ce{A-})c(\ce{H+})/c(\ce{HA})} = \frac{K_\mathrm{w}}{K_a}

(关键一步:水解是中和反应的逆反应。中和反应 HA+OHX−⇌AX−+HX2O\ce{HA + OH- <=> A- + H2O} 的平衡常数是 Ka/KwK_a/K_\mathrm{w},取倒数就是 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a;酸越弱,KaK_a 越小,KhK_h 越大,所以“越弱越水解”)。

为什么 KhK_h 只随温度变:KwK_\mathrm{w} 和 KaK_a 都只随温度变,它们的比值也只随温度变。加水、加酸、加碱改变的是浓度商,不改变 KhK_h。

为什么弱酸根盐的 c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0}:设盐的浓度为 c0c_0,水解了 xx,则 c(HA)=c(OHX−)=xc(\ce{HA}) = c(\ce{OH-}) = x,c(AX−)=c0−x≈c0c(\ce{A-}) = c_0 - x \approx c_0(水解程度小)。代入 Kh=x2c0−x≈x2c0K_h = \dfrac{x^2}{c_0 - x} \approx \dfrac{x^2}{c_0},得 x≈Khc0x \approx \sqrt{K_h c_0}。

例 1 (场景:由 KaK_a 求 KhK_h 和 pH)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,CHX3COOH\ce{CH3COOH} 的 Ka=1.8×10−5K_a = 1.8 \times 10^{-5},Kw=1.0×10−14K_\mathrm{w} = 1.0 \times 10^{-14}。求 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 的 KhK_h,以及 0.10 mol/L0.10\ \mathrm{mol/L} CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液的 pH。

解:

找关系:CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 水解,Kh=KwKaK_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_a};c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0}。

列式:Kh=1.0×10−141.8×10−5K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}};c(OHX−)=Kh×0.10c(\ce{OH-}) = \sqrt{K_h \times 0.10}。

计算:Kh≈5.6×10−10K_h \approx 5.6 \times 10^{-10};c(OHX−)≈5.6×10−11≈7.5×10−6 mol/Lc(\ce{OH-}) \approx \sqrt{5.6 \times 10^{-11}} \approx 7.5 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol/L};pOH≈5.12\mathrm{pOH} \approx 5.12,pH ≈8.88\approx 8.88。

检验:pH >7>7,与醋酸钠显碱性一致;水解程度 x/c0≈7.5×10−5x/c_0 \approx 7.5 \times 10^{-5},远小于 5%5\%,近似式可用。

例 2 (场景:多元弱酸根的 KhK_h)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,HX2COX3\ce{H2CO3} 的 Ka1=4.5×10−7K_{a1} = 4.5 \times 10^{-7},Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11}。求 COX3X2−\ce{CO3^2-} 的第一步水解常数 Kh1K_{h1},并估算 0.10 mol/L0.10\ \mathrm{mol/L} NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液的 pH。

解:

找关系:COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-},对应 HCOX3X−\ce{HCO3-} 的电离 HCOX3X−⇌HX++COX3X2−\ce{HCO3- <=> H+ + CO3^2-},所以 Kh1=KwKa2K_{h1} = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a2}}。

列式:Kh1=1.0×10−144.7×10−11K_{h1} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.7 \times 10^{-11}};c(OHX−)=Kh1×0.10c(\ce{OH-}) = \sqrt{K_{h1} \times 0.10}。

计算:Kh1≈2.1×10−4K_{h1} \approx 2.1 \times 10^{-4};c(OHX−)≈2.1×10−5≈4.6×10−3 mol/Lc(\ce{OH-}) \approx \sqrt{2.1 \times 10^{-5}} \approx 4.6 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol/L};pOH≈2.34\mathrm{pOH} \approx 2.34,pH ≈11.66\approx 11.66。

检验:Kh1≫Kh2K_{h1} \gg K_{h2}(第二步水解对应 Ka1K_{a1},约 2.2×10−82.2 \times 10^{-8}),以第一步为主;水解程度 x/c0=4.6%x/c_0 = 4.6\%,接近但未超过 5%5\%,近似式可用;pH ≈11.7\approx 11.7,与碳酸钠溶液显较强碱性一致。

容易卡在:用 Ka1K_{a1} 算 COX3X2−\ce{CO3^2-} 的水解。COX3X2−\ce{CO3^2-} 结合一个 HX+\ce{H+} 变成 HCOX3X−\ce{HCO3-},对应的是 HCOX3X−\ce{HCO3-} 电离的逆过程,要用 Ka2K_{a2}。

例 3 (场景:弱碱盐的 KhK_h)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O} 的 Kb=1.8×10−5K_b = 1.8 \times 10^{-5}。求 NHX4Cl\ce{NH4Cl} 的 KhK_h,以及 0.10 mol/L0.10\ \mathrm{mol/L} NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液的 pH。

解:

找关系:NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+},Kh=KwKbK_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_b};c(HX+)≈Khc0c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0}。

列式:Kh=1.0×10−141.8×10−5K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}};c(HX+)=Kh×0.10c(\ce{H+}) = \sqrt{K_h \times 0.10}。

计算:Kh≈5.6×10−10K_h \approx 5.6 \times 10^{-10};c(HX+)≈7.5×10−6 mol/Lc(\ce{H+}) \approx 7.5 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol/L};pH ≈5.12\approx 5.12。

检验:pH <7<7,与氯化铵显酸性一致;KhK_h 与醋酸钠的 KhK_h 相同(因为 Ka(CHX3COOH)=Kb(NHX3 ⋅ HX2O)K_a(\ce{CH3COOH}) = K_b(\ce{NH3.H2O})),所以同浓度的两种盐溶液 pH 之和约为 14。

例 4 (场景:比较 KhK_h 大小)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,比较下列同浓度溶液的 KhK_h(或碱性)大小:NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaClO\ce{NaClO}、NaHCOX3\ce{NaHCO3}、CHX3COONa\ce{CH3COONa}。

解:

判断依据:Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a,对应弱酸的 KaK_a 越小,KhK_h 越大。

NaX2COX3\ce{Na2CO3}:Kh=1.0×10−144.7×10−11≈2.1×10−4K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.7 \times 10^{-11}} \approx 2.1 \times 10^{-4}。

NaClO\ce{NaClO}:Kh=1.0×10−144.0×10−8=2.5×10−7K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.0 \times 10^{-8}} = 2.5 \times 10^{-7}。

NaHCOX3\ce{NaHCO3}:Kh=1.0×10−144.5×10−7≈2.2×10−8K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.5 \times 10^{-7}} \approx 2.2 \times 10^{-8}。

CHX3COONa\ce{CH3COONa}:Kh=1.0×10−141.8×10−5≈5.6×10−10K_h = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}} \approx 5.6 \times 10^{-10}。

排序:NaX2COX3>NaClO>NaHCOX3>CHX3COONa\ce{Na2CO3} > \ce{NaClO} > \ce{NaHCO3} > \ce{CH3COONa}。

检验:排序与 27.2 例 3 的碱性排序一致;KhK_h 相差几个数量级,碱性差异明显。

例 5 (场景:酸式盐的 KhK_h 与 KaK_a 比较)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液显碱性,NaHSOX3\ce{NaHSO3} 溶液显酸性。用 KhK_h 和 KaK_a 的数值比较说明。

解:

判断依据:酸式根的酸碱性取决于水解常数 KhK_h 和电离常数 KaK_a 的相对大小。

HCOX3X−\ce{HCO3-}:Kh=KwKa1(HX2COX3)=1.0×10−144.5×10−7≈2.2×10−8K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2CO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{4.5 \times 10^{-7}} \approx 2.2 \times 10^{-8};Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11}。Kh>Ka2K_h > K_{a2},水解占优势,显碱性。

HSOX3X−\ce{HSO3-}:Kh=KwKa1(HX2SOX3)=1.0×10−141.5×10−2≈6.7×10−13K_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_{a1}(\ce{H2SO3})} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{1.5 \times 10^{-2}} \approx 6.7 \times 10^{-13};Ka2=1.0×10−7K_{a2} = 1.0 \times 10^{-7}。Ka2≫KhK_{a2} \gg K_h,电离占优势,显酸性。

检验:两者的 KhK_h 和 KaK_a 都远小于 1,水解和电离都只有一小部分;比较的是相对大小,不是绝对大小。

  • Kh=KwKaK_h = \dfrac{K_\mathrm{w}}{K_a}(弱酸根)或 KwKb\dfrac{K_\mathrm{w}}{K_b}(弱碱阳离子);KhK_h 只随温度变。
  • 同浓度盐溶液,KhK_h 越大,碱性(或酸性)越强;KhK_h 相差 10 倍,c(OHX−)c(\ce{OH-}) 约相差 10≈3.2\sqrt{10} \approx 3.2 倍。
  • 弱酸根盐:c(OHX−)≈Khc0c(\ce{OH-}) \approx \sqrt{K_h c_0};弱碱盐:c(HX+)≈Khc0c(\ce{H+}) \approx \sqrt{K_h c_0}。
  • 酸式盐:Kh>KaK_h > K_a 显碱性,Kh<KaK_h < K_a 显酸性;HCOX3X−\ce{HCO3-}、HPOX4X2−\ce{HPO4^2-} 显碱性,HSOX3X−\ce{HSO3-}、HX2POX4X−\ce{H2PO4-} 显酸性。
  • 同温下,Ka(CHX3COOH)=Kb(NHX3 ⋅ HX2O)=1.8×10−5K_a(\ce{CH3COOH}) = K_b(\ce{NH3.H2O}) = 1.8 \times 10^{-5},所以同浓度的 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 和 NHX4Cl\ce{NH4Cl} 溶液 pH 之和约为 14。
  • 错在哪:用 Ka1(HX2COX3)K_{a1}(\ce{H2CO3}) 算 COX3X2−\ce{CO3^2-} 的水解常数。 为什么错:记忆性错误。COX3X2−\ce{CO3^2-} 结合一个 HX+\ce{H+} 变成 HCOX3X−\ce{HCO3-},对应 HCOX3X−\ce{HCO3-} 电离的逆过程,要用 Ka2K_{a2}。 正确做法:先写出水解方程式,找出对应的酸式根,再用那一步的 KaK_a。
  • 错在哪:认为 KhK_h 随盐的浓度变化。 为什么错:理解性错误。KhK_h 是平衡常数,只随温度变;浓度改变的是水解程度,不是 KhK_h。 正确做法:KhK_h 用 Kw/KaK_\mathrm{w}/K_a 算,浓度只影响 c(OHX−)c(\ce{OH-}) 和 pH。
  • 错在哪:酸式盐一律按“水解显碱性”判断。 为什么错:记忆性错误。HSOX3X−\ce{HSO3-}、HX2POX4X−\ce{H2PO4-} 电离大于水解,显酸性。 正确做法:比较 KhK_h 和 KaK_a。

KhK_h 是“弱酸根抢 HX+\ce{H+} 的力气”的量化:弱酸越弱(KaK_a 越小),它的酸根越饿,抢 HX+\ce{H+} 的力气越大,Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 越大。KhK_h 只随温度变,像一个人的力气;浓度只是“这次抢了多少”,不改变力气本身。

  • 前置:27.2 水解规律;27.3 影响水解的因素。
  • 前置:第 25 章 KaK_a、KbK_b;第 26 章 KwK_\mathrm{w}、pH 计算。
  • 后续:27.5 应用,蒸干产物、配制溶液、除杂。
  • 后续:27.6 双水解,两个 KhK_h 相互促进。
  • 后续:第 29 章粒子浓度关系,KhK_h 与守恒式一起用。
  • 常一起考:第 26 章 pH 计算;第 28 章沉淀溶解平衡中的水解。

宏观:盐类水解不只是课本上的平衡,它在实验室和生活中到处用得上:配制 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液要加盐酸,除去 MgClX2\ce{MgCl2} 溶液中的 FeX3+\ce{Fe^3+} 用 MgO\ce{MgO},明矾能净水,泡沫灭火器一倒就喷出大量泡沫,NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液能去油污,铵态氮肥不能和草木灰混用。这些应用的背后,都是“让水解往需要的方向移动”或“让双水解进行到底”。

微观:水解平衡 AX−+HX2O⇌HA+OHX−\ce{A- + H2O <=> HA + OH-}(或 NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+})可以通过改变浓度、温度、酸碱性来移动。应用分三类:

  1. 抑制水解:配制易水解的盐溶液时,加相应的酸,使水解平衡逆向移动。
  2. 促进水解:加热、稀释、加能消耗 HX+\ce{H+} 或 OHX−\ce{OH-} 的物质,使水解正向移动;双水解则利用两种离子的水解互相促进。
  3. 利用水解产物:净水利用 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 胶体的吸附性,去油污利用水解产生的 OHX−\ce{OH-},泡沫灭火器利用双水解产生的 COX2\ce{CO2} 和 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3}。

符号:几个典型应用的反应式:

  • 配制 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液:FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+},加盐酸使平衡逆向移动。
  • 明矾净水:AlX3++3 HX2O⇌Al(OH)X3+3 HX+\ce{Al^3+ + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3H+},生成的 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 胶体吸附悬浮杂质。
  • 泡沫灭火器:AlX2(SOX4)X3+6 NaHCOX3=2 Al(OH)X3↓+3 NaX2SOX4+6 COX2↑\ce{Al2(SO4)3 + 6NaHCO3 = 2Al(OH)3 v + 3Na2SO4 + 6CO2 ^},离子方程式 AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^}。
  • NaX2COX3\ce{Na2CO3} 去油污:COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-},油脂在碱性条件下水解。
  • 铵态氮肥与草木灰:(NHX4)X2SOX4+KX2COX3=KX2SOX4+2 NHX3↑+COX2↑+HX2O\ce{(NH4)2SO4 + K2CO3 = K2SO4 + 2NH3 ^ + CO2 ^ + H2O},氮元素以 NHX3\ce{NH3} 形式损失。

蒸干(蒸发结晶)产物的判断:

溶液 蒸干产物 原因
FeClX3\ce{FeCl3} Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3}(灼烧得 FeX2OX3\ce{Fe2O3}) 水解生成 HCl\ce{HCl},HCl\ce{HCl} 挥发,水解进行到底
AlClX3\ce{AlCl3} Al(OH)X3\ce{Al(OH)3}(灼烧得 AlX2OX3\ce{Al2O3}) 同上
CuClX2\ce{CuCl2} Cu(OH)X2\ce{Cu(OH)2}(灼烧得 CuO\ce{CuO}) 同上
NaX2COX3\ce{Na2CO3} NaX2COX3\ce{Na2CO3} 水解生成的 NaOH\ce{NaOH} 不挥发,最终仍得 NaX2COX3\ce{Na2CO3}
NaHCOX3\ce{NaHCO3} NaX2COX3\ce{Na2CO3} 受热分解:2 NaHCOX3=ΔNaX2COX3+COX2↑+HX2O\ce{2NaHCO3} \xlongequal{\Delta} \ce{Na2CO3 + CO2 ^ + H2O}
NaX2SOX3\ce{Na2SO3} NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 被空气中的 OX2\ce{O2} 氧化
NaX2SOX4\ce{Na2SO4} NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 水解生成的 NaOH\ce{NaOH}、HX2SOX4\ce{H2SO4} 都不挥发
AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 水解生成的 HX2SOX4\ce{H2SO4} 不挥发,水解被抑制
  • 题目问“配制 FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3} 溶液时为什么加少量盐酸” → 抑制水解,防止浑浊 → 用同离子效应解释。
  • 题目问“把 FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3}、CuClX2\ce{CuCl2}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液蒸干,得到什么” → 看水解产物中的酸是否挥发、盐是否受热分解 → 查上表。
  • 题目问“除去 MgClX2\ce{MgCl2} 溶液中的 FeX3+\ce{Fe^3+},应加什么试剂” → 加 MgO\ce{MgO}、MgCOX3\ce{MgCO3} 或 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2},消耗 HX+\ce{H+} 促进 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,又不引入新杂质 → 不用 NaOH\ce{NaOH}(引入 NaX+\ce{Na+})。
  • 题目问“泡沫灭火器的原理” → 硫酸铝与碳酸氢钠溶液混合,双水解生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 和 COX2\ce{CO2} → 写离子方程式。
  • 题目问“铵态氮肥为什么不能与草木灰混用” → 草木灰含 KX2COX3\ce{K2CO3},碱性,促进 NHX4X+\ce{NH4+} 水解(或直接反应)放出 NHX3\ce{NH3},降低肥效 → 写方程式。
  • 蒸干产物先看水解生成的酸是否挥发:酸挥发,水解进行到底,得氢氧化物,灼烧再得氧化物;酸不挥发,水解被抑制,一般得原盐。盐本身受热分解或氧化的(NaHCOX3\ce{NaHCO3}、NaX2SOX3\ce{Na2SO3}),按分解或氧化产物写。
  • FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3}、CuClX2\ce{CuCl2} 蒸干得氢氧化物,灼烧才得氧化物;题目问“灼烧”时要再写一步分解。
  • NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液蒸干仍得 NaX2COX3\ce{Na2CO3},不是 NaOH\ce{NaOH}:NaX2COX3\ce{Na2CO3} 水解程度小,溶液显碱性,COX2\ce{CO2} 不会从碱性溶液中逸出;蒸发浓缩时水解平衡左移,最终仍得 NaX2COX3\ce{Na2CO3}。
  • 除杂试剂要满足“不引入新杂质、过量可除去”:除 MgClX2\ce{MgCl2} 中的 FeX3+\ce{Fe^3+} 用镁的氧化物、碳酸盐或氢氧化物,不用 NaOH\ce{NaOH}。
  • 泡沫灭火器中的两种溶液分开存放,使用时才混合;不能写成 AlX2(COX3)X3\ce{Al2(CO3)3},因为它在水中不存在。
  • 铵态氮肥不能与碱性物质(草木灰、熟石灰、NaX2COX3\ce{Na2CO3} 等)混用,否则放出 NHX3\ce{NH3},降低肥效。
  • 明矾净水只能除去悬浮杂质,不能杀菌消毒;杀菌消毒要用 ClX2\ce{Cl2}、ClOX2\ce{ClO2} 等氧化剂。

为什么加酸能抑制 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解:FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+},加盐酸使 c(HX+)c(\ce{H+}) 增大,Q>KhQ > K_h,平衡逆向移动,Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 减少,溶液保持澄清(关键一步:加酸不是“消灭”水解,而是把平衡往左推;一旦稀释或加热,平衡又会向右移动)。

为什么蒸干 FeClX3\ce{FeCl3} 得 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3}:加热蒸发时,水解生成的 HCl\ce{HCl} 是挥发性酸,随水蒸气逸出,c(HX+)c(\ce{H+}) 不断减小,水解平衡不断右移,最后 FeX3+\ce{Fe^3+} 几乎全部变成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3};继续灼烧,Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 分解为 FeX2OX3\ce{Fe2O3}。NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 水解生成的 HX2SOX4\ce{H2SO4} 不挥发,留在溶液中抑制水解,所以蒸干仍得 NaX2SOX4\ce{Na2SO4}。

为什么泡沫灭火器能喷出泡沫:AlX3+\ce{Al^3+} 水解显酸性,HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解显碱性,两者混合后互相消耗对方的水解产物(HX+\ce{H+} 和 OHX−\ce{OH-}),水解平衡都向右移动;生成的 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 是沉淀,COX2\ce{CO2} 是气体,两者不断脱离体系,双水解进行到底,产生大量泡沫。

为什么除杂用 MgO\ce{MgO} 不用 NaOH\ce{NaOH}:MgO\ce{MgO} 与 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解产生的 HX+\ce{H+} 反应,促进 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,生成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 沉淀;过量的 MgO\ce{MgO} 不溶于水,可以过滤除去;引入的 MgX2+\ce{Mg^2+} 是主体离子,不是杂质。NaOH\ce{NaOH} 会引入 NaX+\ce{Na+},而且局部碱过量可能使 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2} 也沉淀。

例 1 (场景:配制易水解的盐溶液)配制 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液时,为什么要先加少量盐酸?如果直接用水配制并加热,会看到什么现象?

解:

判断依据:FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+},水解显酸性。

加盐酸使 c(HX+)c(\ce{H+}) 增大,Q>KhQ > K_h,平衡逆向移动,抑制 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,溶液保持澄清。

直接用水配制并加热,水解平衡正向移动,生成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3},溶液变浑浊,出现红褐色沉淀;加热越久,水解越彻底。

检验:加酸只改变 QQ,不改变 KhK_h;加热改变 KhK_h,促进水解;两种操作方向相反。

例 2 (场景:蒸干产物)25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 时,把下列溶液分别蒸干并灼烧,最终得到什么固体?

(1)FeClX3\ce{FeCl3};(2)AlClX3\ce{AlCl3};(3)CuClX2\ce{CuCl2};(4)NaX2COX3\ce{Na2CO3};(5)NaHCOX3\ce{NaHCO3};(6)NaX2SOX3\ce{Na2SO3}。

解:

判断依据:水解生成的酸是否挥发;盐是否受热分解或氧化。

(1)FeClX3\ce{FeCl3}:蒸干得 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3},灼烧得 FeX2OX3\ce{Fe2O3}。

(2)AlClX3\ce{AlCl3}:蒸干得 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3},灼烧得 AlX2OX3\ce{Al2O3}。

(3)CuClX2\ce{CuCl2}:蒸干得 Cu(OH)X2\ce{Cu(OH)2},灼烧得 CuO\ce{CuO}。

(4)NaX2COX3\ce{Na2CO3}:蒸干得 NaX2COX3\ce{Na2CO3}。

(5)NaHCOX3\ce{NaHCO3}:受热分解,得 NaX2COX3\ce{Na2CO3}。

(6)NaX2SOX3\ce{Na2SO3}:被空气中 OX2\ce{O2} 氧化,得 NaX2SOX4\ce{Na2SO4}。

检验:前三种的盐酸易挥发,水解进行到底;后三种的酸不挥发或盐本身分解/氧化,产物不同;灼烧与蒸干要分开,题目问“最终”时要再写分解一步。

例 3 (场景:泡沫灭火器)泡沫灭火器中装有 AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 溶液和 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液,使用时混合。写出反应的离子方程式,并说明为什么能喷出大量泡沫。

解:

找关系:AlX3+\ce{Al^3+} 水解显酸性,HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解显碱性,两者双水解。

列式:AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^}。

判断依据:AlX3+\ce{Al^3+} 水解产生的 HX+\ce{H+} 被 HCOX3X−\ce{HCO3-} 消耗,HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解产生的 OHX−\ce{OH-} 被 AlX3+\ce{Al^3+} 消耗,双方水解互相促进;生成的 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 沉淀和 COX2\ce{CO2} 气体不断脱离体系,双水解进行到底,产生大量泡沫。

三查:Al 1、C 3、O 9、H 3,左右守恒;电荷左边 +3−3=0+3-3=0,右边 0;Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 标沉淀、COX2\ce{CO2} 标气体。

例 4 (场景:除杂)MgClX2\ce{MgCl2} 溶液中含少量 FeClX3\ce{FeCl3},怎样除去 FeX3+\ce{Fe^3+}?写出两种可选试剂和反应的离子方程式,并说明为什么不用 NaOH\ce{NaOH}。

解:

判断依据:FeX3+\ce{Fe^3+} 水解生成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3},加能消耗 HX+\ce{H+} 且不引入新杂质的物质,促进水解并沉淀。

可选试剂:MgO\ce{MgO}、MgCOX3\ce{MgCO3} 或 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2}。

以 MgO\ce{MgO} 为例:MgO+2 HX+=MgX2++HX2O\ce{MgO + 2H+ = Mg^2+ + H2O},消耗 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解产生的 HX+\ce{H+},使 FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+} 正向移动,Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 沉淀;过量 MgO\ce{MgO} 过滤除去,引入的 MgX2+\ce{Mg^2+} 是主体离子。

不用 NaOH\ce{NaOH}:会引入 NaX+\ce{Na+} 杂质,且局部碱过量可能使 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2} 也沉淀,分不开。

检验:除杂试剂满足“不引入新杂质、过量可除去”;MgO\ce{MgO} 只把 pH 调到 FeX3+\ce{Fe^3+} 完全沉淀而 MgX2+\ce{Mg^2+} 不沉淀的范围。

例 5 (场景:化肥混用)铵态氮肥(如 (NHX4)X2SOX4\ce{(NH4)2SO4})为什么不能与草木灰(主要成分 KX2COX3\ce{K2CO3})混用?写出反应的化学方程式。

解:

判断依据:草木灰含 KX2COX3\ce{K2CO3},水解显碱性;NHX4X+\ce{NH4+} 水解显酸性,两者互相促进,生成 NHX3\ce{NH3} 和 COX2\ce{CO2} 逸出,氮元素损失。

列式:(NHX4)X2SOX4+KX2COX3=KX2SOX4+2 NHX3↑+COX2↑+HX2O\ce{(NH4)2SO4 + K2CO3 = K2SO4 + 2NH3 ^ + CO2 ^ + H2O}。

检验:N 2、H 8、C 1、O 7、K 2、S 1,左右守恒;NHX3\ce{NH3} 和 COX2\ce{CO2} 都是气体,逸出后反应进行到底,肥效降低。

容易卡在:只写 NHX4X++OHX−=NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH4+ + OH- = NH3.H2O},漏掉 COX3X2−\ce{CO3^2-} 水解产生 OHX−\ce{OH-} 和 COX2\ce{CO2} 的来源;直接写总反应更清楚。

例 6 (场景:陌生物质的制备)某研究小组用 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液制备纳米 FeX2OX3\ce{Fe2O3}:先向 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液中加入少量盐酸,再加热水解,过滤、洗涤、灼烧。解释每一步的目的。

解:

判断依据:FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+},水解显酸性,加热促进水解;Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 灼烧分解为 FeX2OX3\ce{Fe2O3}。

加少量盐酸:增大 c(HX+)c(\ce{H+}),抑制 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,防止溶液在配制时浑浊。这一步用的是课本的“同离子抑制水解”。

加热水解:升温使 KhK_h 增大,促进 FeX3+\ce{Fe^3+} 水解,生成 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3} 沉淀。这一步用的是题给信息“加热水解”和课本的“升温促进水解”。

过滤、洗涤:除去可溶性杂质(NaX+\ce{Na+}、ClX−\ce{Cl-} 等),得到较纯的 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3}。

灼烧:2 Fe(OH)X3=ΔFeX2OX3+3 HX2O\ce{2Fe(OH)3} \xlongequal{\Delta} \ce{Fe2O3 + 3H2O},得到纳米 FeX2OX3\ce{Fe2O3}。

检验:每一步的目的都和前一阶段的平衡移动对应;加酸抑制、加热促进,看似相反,实际是分阶段控制:配制时抑制水解,制备时再加热促进水解。

容易卡在:认为“加酸抑制水解”和“加热促进水解”矛盾。两者作用在不同阶段,目的不同。

  • 蒸干产物:盐酸盐(FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3}、CuClX2\ce{CuCl2})蒸干得氢氧化物,灼烧得氧化物;硫酸盐、碳酸盐蒸干一般得原盐(受热分解或氧化的除外)。
  • 配制易水解的盐溶液:加相应的酸(FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3} 加盐酸;FeSOX4\ce{FeSO4} 加硫酸和铁粉)。
  • 除杂:用主体金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物调 pH,不用 NaOH\ce{NaOH}、NaX2COX3\ce{Na2CO3} 等引入新杂质的试剂。
  • 泡沫灭火器:AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^},双水解进行到底。
  • 铵态氮肥不与碱性物质混用,否则放出 NHX3\ce{NH3},降低肥效。
  • 明矾、铁盐净水靠水解生成的胶体吸附,不是杀菌消毒。
  • 错在哪:认为 FeClX3\ce{FeCl3} 溶液蒸干得到 FeClX3\ce{FeCl3} 固体。 为什么错:理解性错误。水解生成的 HCl\ce{HCl} 易挥发,加热使水解进行到底,得到 Fe(OH)X3\ce{Fe(OH)3},灼烧得 FeX2OX3\ce{Fe2O3}。 正确做法:先看水解生成的酸是否挥发,再看是否灼烧。
  • 错在哪:除去 MgClX2\ce{MgCl2} 中的 FeX3+\ce{Fe^3+} 用 NaOH\ce{NaOH}。 为什么错:理解性错误。NaOH\ce{NaOH} 引入 NaX+\ce{Na+} 杂质,且可能使 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2} 一起沉淀。 正确做法:用 MgO\ce{MgO}、MgCOX3\ce{MgCO3} 或 Mg(OH)X2\ce{Mg(OH)2}。
  • 错在哪:把泡沫灭火器的反应写成 AlX2(COX3)X3\ce{Al2(CO3)3} 的生成。 为什么错:记忆性错误。AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 双水解,AlX2(COX3)X3\ce{Al2(CO3)3} 在水中不存在。 正确做法:写 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 沉淀和 COX2\ce{CO2} 气体。

水解的应用像“调水龙头”:要抑制水解,就往产物那边加水(加酸、加碱、加同离子),把平衡推回去;要促进水解,就把产物放掉(加热赶走挥发性酸、加碱消耗 HX+\ce{H+}、加酸消耗 OHX−\ce{OH-})。双水解像两个人互相把对方的“堵点”搬走,路一下就通了,生成的气体和沉淀再一跑,反应就到底了。

  • 前置:27.2–27.4 水解规律、影响因素、KhK_h。
  • 前置:第 4 章离子反应与双水解;第 10 章铁盐、第 11 章铝盐的水解。
  • 后续:27.6 双水解,泡沫灭火器和离子共存的系统总结。
  • 后续:第 28 章沉淀溶解平衡,除杂中“调 pH 沉淀”与 KspK_\mathrm{sp} 一起用。
  • 后续:第 38 章物质的检验与分离,除杂原则。
  • 常一起考:第 13 章无机化工流程中的调 pH 除杂。

宏观:AlX2SX3\ce{Al2S3} 不能在水中存在,遇水立即放出 HX2S\ce{H2S} 并生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3};泡沫灭火器一混合就喷出 COX2\ce{CO2};AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-}、AlOX2X−\ce{AlO2-} 在溶液中不能大量共存。这些现象都是双水解:两种离子的水解互相促进,生成沉淀或气体,反应进行到底。

微观:一种离子水解产生 HX+\ce{H+}(如 AlX3+\ce{Al^3+}、FeX3+\ce{Fe^3+}、NHX4X+\ce{NH4+}),另一种离子水解产生 OHX−\ce{OH-}(如 HCOX3X−\ce{HCO3-}、COX3X2−\ce{CO3^2-}、AlOX2X−\ce{AlO2-}、SX2−\ce{S^2-})。两者混合后,HX+\ce{H+} 和 OHX−\ce{OH-} 互相中和,双方的水解平衡都向右移动;如果产物中有难溶物或气体,不断脱离体系,反应就能进行到底。若产物都是可溶的弱电解质,则只能相互促进到一定程度,不能进行到底。

符号:常见双水解反应:

离子组合 反应式
AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^}
AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 2 AlX3++3 COX3X2−+3 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{2Al^3+ + 3CO3^2- + 3H2O = 2Al(OH)3 v + 3CO2 ^}
AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} AlX3++3 AlOX2X−+6 HX2O=4 Al(OH)X3↓\ce{Al^3+ + 3AlO2- + 6H2O = 4Al(OH)3 v}
AlX3+\ce{Al^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 2 AlX3++3 SX2−+6 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 HX2S↑\ce{2Al^3+ + 3S^2- + 6H2O = 2Al(OH)3 v + 3H2S ^}
FeX3+\ce{Fe^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} FeX3++3 HCOX3X−=Fe(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Fe^3+ + 3HCO3- = Fe(OH)3 v + 3CO2 ^}
FeX3+\ce{Fe^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 2 FeX3++3 COX3X2−+3 HX2O=2 Fe(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{2Fe^3+ + 3CO3^2- + 3H2O = 2Fe(OH)3 v + 3CO2 ^}
NHX4X+\ce{NH4+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} NHX4X++AlOX2X−+2 HX2O=Al(OH)X3↓+NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH4+ + AlO2- + 2H2O = Al(OH)3 v + NH3.H2O}

例外:

  • FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 不能按双水解写:2 FeX3++SX2−=2 FeX2++S↓\ce{2Fe^3+ + S^2- = 2Fe^2+ + S v},是氧化还原反应(FeX3+\ce{Fe^3+} 氧化 SX2−\ce{S^2-})。
  • CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+} 都水解,但产物 CHX3COOH\ce{CH3COOH}、NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O} 都可溶,没有气体或沉淀,二者能大量共存(溶液近中性)。
  • AlX3+\ce{Al^3+} 与 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 也能共存,虽然相互促进水解,但不生成气体或沉淀,不能写“进行到底”。
  • 题目问“下列离子组能否大量共存” → 看有没有弱酸根与弱碱阳离子配对,且能生成沉淀或气体 → 不能共存;FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 是氧化还原,也考虑。
  • 题目要求写双水解方程式 → 找出产生 HX+\ce{H+} 的阳离子和产生 OHX−\ce{OH-} 的阴离子,按电荷守恒配平,生成氢氧化物沉淀和气体(或弱碱) → 用等号,标沉淀、气体。
  • 题目问泡沫灭火器原理 → AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} 双水解,生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 和 COX2\ce{CO2}。
  • 题目问“AlX2SX3\ce{Al2S3} 为什么不能在水中存在” → AlX3+\ce{Al^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 双水解,生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 和 HX2S\ce{H2S}。
  • 双水解进行到底的条件是生成沉淀或气体;如果产物都是可溶的弱电解质,只能相互促进,不能写等号,也不能判“不能共存”。
  • FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 是氧化还原,不是双水解;CuX2+\ce{Cu^2+} 与 SX2−\ce{S^2-} 生成 CuS\ce{CuS} 沉淀,是沉淀反应,也不是双水解。
  • 双水解方程式用等号,标“↓\downarrow”“↑\uparrow”;单一水解用可逆号,不标状态符号。
  • 配平时注意 AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} 是 1:31:3,生成 4 个 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3};AlX3+\ce{Al^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 是 2:32:3,生成 2 个 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 和 3 个 HX2S\ce{H2S}。
  • NHX4X+\ce{NH4+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} 双水解生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 和 NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O},不是 NHX3\ce{NH3} 气体;若加热,NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O} 分解放出 NHX3\ce{NH3}。
  • AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} 的系数是 1:31:3,不要写成 1:11:1;用电荷守恒检查。

双水解为什么能进行到底:以 AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} 为例。AlX3+\ce{Al^3+} 水解产生 HX+\ce{H+},HCOX3X−\ce{HCO3-} 水解产生 OHX−\ce{OH-};两者混合后,HX++OHX−=HX2O\ce{H+ + OH- = H2O},双方的水解产物都被消耗,QQ 都小于各自的 KhK_h,两个水解平衡同时右移。生成的 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 难溶、COX2\ce{CO2} 是气体,不断脱离体系,平衡继续右移,直到反应物耗尽(关键一步:双水解完全的条件是“产物能脱离体系”;如果产物都是可溶的弱电解质,平衡只能移动到某个中间位置,不会进行到底)。

为什么 FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 不是双水解:FeX3+\ce{Fe^3+} 有较强氧化性,SX2−\ce{S^2-} 有较强还原性,两者先发生氧化还原:2 FeX3++SX2−=2 FeX2++S↓\ce{2Fe^3+ + S^2- = 2Fe^2+ + S v}。虽然 SX2−\ce{S^2-} 也能水解,但在 FeX3+\ce{Fe^3+} 面前,氧化还原更快、更彻底,不能按双水解写。

为什么 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+} 能共存:两者水解相互促进,但生成的 CHX3COOH\ce{CH3COOH} 和 NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH3.H2O} 都是可溶的弱电解质,没有沉淀或气体脱离体系,平衡不能进行到底;两种离子仍能大量共存,溶液近中性(Ka(CHX3COOH)≈Kb(NHX3 ⋅ HX2O)K_a(\ce{CH3COOH}) \approx K_b(\ce{NH3.H2O}))。

例 1 (场景:判断离子能否共存)下列离子组能否在溶液中大量共存?说明理由。

(1)AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-};(2)FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-};(3)CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+};(4)AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-}。

解:

判断依据:弱酸根与弱碱阳离子可能双水解;若生成沉淀或气体,不能共存;若发生氧化还原或沉淀反应,也不能共存。

(1)不能共存:AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^}。

(2)不能共存,但不是双水解:2 FeX3++SX2−=2 FeX2++S↓\ce{2Fe^3+ + S^2- = 2Fe^2+ + S v}(氧化还原)。

(3)能共存:两者都水解,但产物可溶,没有气体或沉淀,不能进行到底。

(4)不能共存:AlX3++3 AlOX2X−+6 HX2O=4 Al(OH)X3↓\ce{Al^3+ + 3AlO2- + 6H2O = 4Al(OH)3 v}。

检验:第(2)问要区分“双水解”和“氧化还原”;第(3)问要区分“相互促进”和“进行到底”。

例 2 (场景:写双水解方程式)写出下列双水解反应的离子方程式:

(1)AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-};(2)AlX3+\ce{Al^3+} 与 SX2−\ce{S^2-};(3)NHX4X+\ce{NH4+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-}。

解:

(1)2 AlX3++3 COX3X2−+3 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{2Al^3+ + 3CO3^2- + 3H2O = 2Al(OH)3 v + 3CO2 ^}。

(2)2 AlX3++3 SX2−+6 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 HX2S↑\ce{2Al^3+ + 3S^2- + 6H2O = 2Al(OH)3 v + 3H2S ^}。

(3)NHX4X++AlOX2X−+2 HX2O=Al(OH)X3↓+NHX3 ⋅ HX2O\ce{NH4+ + AlO2- + 2H2O = Al(OH)3 v + NH3.H2O}。

三查:逐式查原子守恒、电荷守恒;(1)左边电荷 +6−6=0+6-6=0,右边 0;(2)左边 +6−6=0+6-6=0;(3)左边 +1−1=0+1-1=0;气体、沉淀符号齐全。

另一种解法:先按电荷守恒定系数,再用原子守恒配平。以 AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 为例,产物中 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 不带电、COX2\ce{CO2} 不带电,反应物正负电荷必须抵消,所以 AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 的系数比为 2:32:3;再按 Al、C 定产物系数,最后用 H、O 配水。电荷守恒适合双水解这类离子方程式;原子守恒适合单一水解。

例 3 (场景:泡沫灭火器)写出泡沫灭火器中 AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 与 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 反应的离子方程式,并说明为什么不用 AlX2(COX3)X3\ce{Al2(CO3)3} 与 NaHCOX3\ce{NaHCO3}。

解:

找关系:AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} 双水解。

列式:AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^}。

判断依据:AlX2(COX3)X3\ce{Al2(CO3)3} 在水中不存在,因为 AlX3+\ce{Al^3+} 与 COX3X2−\ce{CO3^2-} 会双水解:2 AlX3++3 COX3X2−+3 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{2Al^3+ + 3CO3^2- + 3H2O = 2Al(OH)3 v + 3CO2 ^};所以灭火器用可溶的 AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3},不能直接用碳酸铝。

三查:Al 1、C 3、O 9、H 3,左右守恒;电荷 0=0;沉淀、气体符号齐全。

例 4 (场景:AlX2SX3\ce{Al2S3} 的水解)为什么 AlX2SX3\ce{Al2S3} 不能在水中存在?写出它遇水反应的化学方程式。

解:

判断依据:AlX2SX3\ce{Al2S3} 遇水离解出 AlX3+\ce{Al^3+} 和 SX2−\ce{S^2-},两者双水解,生成 Al(OH)X3\ce{Al(OH)3} 沉淀和 HX2S\ce{H2S} 气体,反应进行到底。

列式:AlX2SX3+6 HX2O=2 Al(OH)X3↓+3 HX2S↑\ce{Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 v + 3H2S ^}。

三查:Al 2、S 3、H 12、O 6,左右守恒;不是氧化还原反应;气体、沉淀符号齐全。

检验:AlX3+\ce{Al^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 不是氧化还原(AlX3+\ce{Al^3+} 没有氧化性),所以按双水解写;如果是 FeX2SX3\ce{Fe2S3},则 FeX3+\ce{Fe^3+} 会氧化 SX2−\ce{S^2-},情况不同。

  • 双水解完全的条件:生成沉淀或气体;产物都是可溶弱电解质时,只能相互促进,不能进行到底。
  • 常见“不能共存”组合:AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-}、COX3X2−\ce{CO3^2-}、AlOX2X−\ce{AlO2-}、SX2−\ce{S^2-};FeX3+\ce{Fe^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-}、COX3X2−\ce{CO3^2-};NHX4X+\ce{NH4+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-}、SiOX3X2−\ce{SiO3^2-}。
  • 例外:FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 是氧化还原;CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+}、AlX3+\ce{Al^3+} 与 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 能共存(不生成气体或沉淀)。
  • 双水解方程式用等号,标沉淀、气体;系数用电荷守恒检查。
  • 泡沫灭火器、AlX2SX3\ce{Al2S3} 遇水、AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} 混合,都是双水解进行到底的例子。
  • 错在哪:把 FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 写成双水解。 为什么错:理解性错误。FeX3+\ce{Fe^3+} 有氧化性,SX2−\ce{S^2-} 有还原性,先发生氧化还原,生成 FeX2+\ce{Fe^2+} 和 S\ce{S}。 正确做法:2 FeX3++SX2−=2 FeX2++S↓\ce{2Fe^3+ + S^2- = 2Fe^2+ + S v}。
  • 错在哪:认为 CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+} 不能共存。 为什么错:理解性错误。两者水解相互促进,但产物可溶,没有气体或沉淀,不能进行到底。 正确做法:能共存;只有生成沉淀或气体的双水解才不能共存。
  • 错在哪:双水解方程式用可逆号,不标气体、沉淀。 为什么错:规范性错误。双水解进行到底,要用等号,并标状态符号。 正确做法:用等号,标“↓\downarrow”“↑\uparrow”;单一水解才用可逆号、不标状态。

双水解像两个人互相帮对方“搬走堵在门口的石头”:一个搬走 HX+\ce{H+},一个搬走 OHX−\ce{OH-},两边的路都通了;如果搬走的东西还能变成气体飞走、变成沉淀沉底,路就永远通着,反应一直进行到底。如果搬走的只是可溶的弱电解质,石头还在门口,只是换了个位置,路只能通一半。

双水解的判断:先看有没有弱酸根与弱碱阳离子,再看产物有没有沉淀或气体;有则不能共存,没有则可能共存

  • 前置:27.2 水解规律;27.4 KhK_h;27.5 应用。
  • 前置:第 4 章离子共存与双水解;第 5 章氧化还原(FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-})。
  • 后续:第 29 章粒子浓度关系,双水解体系的守恒式。
  • 后续:第 38 章离子检验与分离,双水解在除杂中的应用。
  • 常一起考:第 10 章铁盐、第 11 章铝盐;第 13 章流程中的除杂。

本章的解题路线:先看盐里有没有弱酸根或弱碱根,写水解方程式;定量用 Kh,条件改变用 Q 与 Kh;应用分抑制水解、促进水解和双水解三条路

本章从“盐溶液为什么不一定是中性”出发,先讲水解的实质和规律(27.2),再用 Kh=Kw/KaK_h = K_\mathrm{w}/K_a 把“越弱越水解”定量化(27.4),然后用 QQ 与 KhK_h 判断升温、稀释、加酸加碱对水解的影响(27.3)。27.5 把水解平衡用到配制溶液、除杂、净水、泡沫灭火器和蒸干产物上;27.6 讲双水解,把“两种离子的水解互相促进”推到进行到底。做题时先判断盐的类型,再决定是算 KhK_h、判移动,还是写双水解方程式。

  1. 判断下列 0.1 mol/L0.1\ \mathrm{mol/L} 溶液的酸碱性:NaX2SOX4\ce{Na2SO4}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NHX4NOX3\ce{NH4NO3}、CHX3COOK\ce{CH3COOK}、NaHSOX4\ce{NaHSO4}、NaHCOX3\ce{NaHCO3}。
  2. 写出下列离子在水溶液中的水解方程式:COX3X2−\ce{CO3^2-}、NHX4X+\ce{NH4+}、AlX3+\ce{Al^3+}、FeX3+\ce{Fe^3+}。
  3. 同浓度的 NaClO\ce{NaClO}、CHX3COONa\ce{CH3COONa}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液,按碱性由强到弱排序。
  4. 用 KhK_h 和 KaK_a 的数值说明:NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液显碱性,NaHSOX3\ce{NaHSO3} 溶液显酸性。
  5. CHX3COOH\ce{CH3COOH} 的 Ka=1.8×10−5K_a = 1.8 \times 10^{-5},求 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 的 KhK_h,并估算 0.10 mol/L0.10\ \mathrm{mol/L} CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液的 pH。
  6. HX2COX3\ce{H2CO3} 的 Ka2=4.7×10−11K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11},求 NaX2COX3\ce{Na2CO3} 的第一步水解常数 Kh1K_{h1},并估算 0.10 mol/L0.10\ \mathrm{mol/L} NaX2COX3\ce{Na2CO3} 溶液的 pH。
  7. 加热 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液,水解程度、c(OHX−)c(\ce{OH-})、pH 各怎样变化?
  8. 加水稀释 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液,水解程度、c(OHX−)c(\ce{OH-})、pH 各怎样变化?
  9. 向 CHX3COONa\ce{CH3COONa} 溶液中加少量盐酸,水解平衡向哪边移动?pH 怎样变化?
  10. 把 FeClX3\ce{FeCl3}、AlClX3\ce{AlCl3}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaHCOX3\ce{NaHCO3} 溶液分别蒸干并灼烧,最终得到什么固体?
  11. 写出泡沫灭火器中 AlX2(SOX4)X3\ce{Al2(SO4)3} 与 NaHCOX3\ce{NaHCO3} 反应的离子方程式。
  12. 下列离子组能否大量共存?AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-}、FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-}、CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+}、AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-}。

答案:1. NaX2SOX4\ce{Na2SO4} 中性;NaX2COX3\ce{Na2CO3} 碱性;NHX4NOX3\ce{NH4NO3} 酸性;CHX3COOK\ce{CH3COOK} 碱性;NaHSOX4\ce{NaHSO4} 酸性(电离);NaHCOX3\ce{NaHCO3} 碱性(水解大于电离);2. COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-}、HCOX3X−+HX2O⇌HX2COX3+OHX−\ce{HCO3- + H2O <=> H2CO3 + OH-};NHX4X++HX2O⇌NHX3 ⋅ HX2O+HX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3.H2O + H+};AlX3++3 HX2O⇌Al(OH)X3+3 HX+\ce{Al^3+ + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3H+};FeX3++3 HX2O⇌Fe(OH)X3+3 HX+\ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+};3. NaX2COX3>NaClO>NaHCOX3>CHX3COONa\ce{Na2CO3} > \ce{NaClO} > \ce{NaHCO3} > \ce{CH3COONa};4. HCOX3X−\ce{HCO3-} 的 Kh≈2.2×10−8>Ka2=4.7×10−11K_h \approx 2.2 \times 10^{-8} > K_{a2} = 4.7 \times 10^{-11},显碱性;HSOX3X−\ce{HSO3-} 的 Kh≈6.7×10−13≪Ka2=1.0×10−7K_h \approx 6.7 \times 10^{-13} \ll K_{a2} = 1.0 \times 10^{-7},显酸性;5. Kh≈5.6×10−10K_h \approx 5.6 \times 10^{-10},pH ≈8.88\approx 8.88;6. Kh1≈2.1×10−4K_{h1} \approx 2.1 \times 10^{-4},pH ≈11.66\approx 11.66;7. 水解程度增大、c(OHX−)c(\ce{OH-}) 增大、pH 增大;8. 水解程度增大、c(OHX−)c(\ce{OH-}) 减小、pH 减小(趋近 7);9. 正向移动,pH 减小;10. FeX2OX3\ce{Fe2O3}、AlX2OX3\ce{Al2O3}、NaX2COX3\ce{Na2CO3}、NaX2COX3\ce{Na2CO3};11. AlX3++3 HCOX3X−=Al(OH)X3↓+3 COX2↑\ce{Al^3+ + 3HCO3- = Al(OH)3 v + 3CO2 ^};12. AlX3+\ce{Al^3+} 与 HCOX3X−\ce{HCO3-} 不能共存(双水解);FeX3+\ce{Fe^3+} 与 SX2−\ce{S^2-} 不能共存(氧化还原);CHX3COOX−\ce{CH3COO-} 与 NHX4X+\ce{NH4+} 能共存;AlX3+\ce{Al^3+} 与 AlOX2X−\ce{AlO2-} 不能共存(双水解)。

  • 国家中小学智慧教育平台:人教版选择性必修 1 第三章第三节“盐类的水解”的同步课程视频,有盐类水解和实验活动 3 的演示。
  • 人民教育出版社:人教版(2019)教材出版方,可查选择性必修 1 第三章第三节的电子教材和“盐类水解的应用”实验活动。
  • 维基百科 · 水解:水解反应的一般定义和分类,可对照本章的盐类水解与双水解。
  • Khan Academy · Acids and bases:酸碱平衡和盐类水解的英文视频课程,适合对照本章的 Kh 和 pH 计算(英文)。