人教版高考化学一轮复习专题82水的电离和溶液的酸碱性讲.docx

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人教版高考化学一轮复习专题82水的电离和溶液的酸碱性讲

专题8.2水的电离和溶液的酸碱性

1、掌握水的电离过程以及离子积常数以及影响水电离平衡的因素。

2、了解PH的定义,溶液的酸碱性与pH的关系,测定pH方法及简单计算。

3、掌握酸碱中和滴定的基本方法和误差分析。

一、水的电离及离子积常数

1、水的电离平衡:

水是极弱的电解质,能发生自电离:

H2O+H2O

H3O++OH-,简写为H2O

H++OH-(正反应为吸热反应)

其电离平衡常数:

Ka=OH-H2O

2、水的离子积常数:

(1)概念:

在一定温度下,c(H+)与c(OH-)的乘积是一个常数,称为水的离子积常数,简称水的离子积。

(2)表达式:

Kw=c(H+)c(OH-)

(3)数值:

室温下:

Kw=1×10-14。

(4)影响因素:

只与温度有关,因为水的电离是吸热过程,所以升高温度,Kw增大。

(3)适用范围:

Kw不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。

(4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H+和OH-,只要温度不变,Kw不变。

【特别提醒】①水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。

即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。

不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。

②水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。

3、影响水的电离平衡的因素

(1)酸和碱:

酸或碱的加入都会电离出H+或OH-,均使水的电离逆向移动,从而抑制水的电离,水的电离程度减小,Kw不变。

(2)温度:

由于水的电离吸热,若升高温度,将促进水的电离,[H+]与[OH-]同时同等程度的增加,水的电离程度增大,Kw增大,pH变小,但[H+]与[OH-]始终相等,故仍呈中性。

(3)能水解的盐:

不管水解后溶液呈什么性,均促进水的电离,使水的电离程度增大,Kw不变。

(4)其它因素:

如向水中加入活泼金属,由于活泼金属与水电离出来的H+直接作用,使[H+]减少,因而促进了水的电离平衡正向移动。

【总结】外界条件对水的电离平衡的影响

体系变化

条件

平衡移动方向

Kw 

水的电离程度

c(OH-)

c(H+)

不变

减小

减小

增大

不变

减小

增大

减小

可水解的盐

Na2CO3

不变

增大

增大

减小

NH4Cl

不变

增大

减小

增大

温度

升温

增大

增大

增大

增大

降温

减小

减小

减小

减小

其他:

如加入Na

不变

增大

增大

减小

〖特别提醒〗水的电离平衡注意事项

(1)水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。

即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。

不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。

(2)水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。

(3)水的电离是吸热过程,升高温度,水的电离平衡向电离方向移动,c(H+)和c(OH-)都增大,故Kw增大,但溶液仍呈中性;对于Kw,若未注明温度,一般认为在常温下(25℃)。

(4)水中加酸或碱对水的电离均有抑制作用,因此,室温下,若由水电离出的c(H+)<1×10-7mol·L-1,该溶液可能显酸性,也可能显碱性。

【方法总结】正确理解水的电离平衡曲线

(1)曲线上的任意点的Kw都相同,即c(H+)·c(OH-)相同,温度相同。

(2)曲线外的任意点与曲线上任意点的Kw不同,温度不同。

(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变,改变酸碱性;实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定得改变温度。

【典型例题1】【2018年10月4日《每日一题》】水的电离平衡曲线如图所示,下列说法不正确的是()

A.图中五点的KW的关系:

b>c>a=d=e

B.若从a点到d点,可采用:

温度不变向水中加入少量的酸

C.若从a点到c点,可采用:

温度不变向水中加入适量的NH4Cl固体

D.若处在b点时,将pH=2的硫酸与pH=10的KOH溶液等体积混合后(溶液体积变化忽略不计),溶液呈中性

【答案】C

【点评】纯水电离出的氢离子和氢氧根离子浓度相等,所以可以从二者相等时的点确定水的离子积常数,从而确定温度。

水的离子积常数只与温度有关,与加入酸碱或盐无关,加入其它物质时,水的电离平衡发生移动,溶液中氢离子或氢氧根离子浓度沿线移动。

【迁移训练1】【辽宁省大连市2018届高三双基测试】下图三条曲线表示不同温度下水的离子积常数,下列说法不正确的是()

A.图中温度:

T3>T2>T1

B.图中pH关系是:

pH(B)=pH(D)=pH(E)

C.图中五点Kw间的关系:

E>D>A=B=C

D.C点可能是显酸性的盐溶液

【答案】D

二、溶液的酸碱性和pH的关系

1、溶液酸碱性判断依据

溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。

2、溶液的pH

(1)pH的定义:

pH=-lgc(H+)

(2)pH的适用范围

当溶液的酸碱性用pH表示时,其c(H+)的大小范围一般为1×10-14mol/LpH>0。

当c(H+)或c(OH-)≥1mol·L-1时,一般不用pH表示溶液的酸碱性,用c(H+)或c(OH-)直接表示溶液的酸碱性更方便。

(3)溶液的酸碱性和pH的关系:

在室温下,中性溶液:

c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1,pH=7

酸性溶液:

c(H+)>c(OH-),c(H+)>1.0×10-7mol·L-1,pH<7

碱性溶液:

c(H+)<c(OH-),c(H+)<1.0×10-7mol·L-1,pH>7

3、pH的测定方法:

(1)酸碱指示剂:

粗略地测溶液pH范围

常用指示剂的变色范围:

石蕊试液的变色范围是pH=5.0-8.0;

酚酞试液的变色范围是8.2~10.0;

甲基橙试液的变色范围是3.1(红)-4.4(黄)。

(2)pH试纸:

精略地测定溶液酸碱性强弱

pH试纸的种类:

常用的pH试纸有广泛pH试纸(pH范围为1~14或0~10,可识别pH差值约为1)和精密pH试纸(pH范围较窄,可识别的pH差值为0.2或0.3)。

pH试纸使用方法:

①方法:

用镊子夹取一小块pH试纸放在玻璃片(或表面皿)上,用蘸有待测液的玻璃棒点在试纸的中央,试纸变色后,与标准比色卡比较来确定溶液的pH。

②注意:

pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则将可能产生误差。

【思考】如果将pH试纸先润湿再测量,对pH值产生什么影响?

(3)pH计:

精确地测定溶液酸碱性强弱,读数时保留两位小数。

【特别提醒】正确理解溶液的酸碱性与pH关系

①溶液呈现酸、碱性的实质是c(H+)与c(OH-)的相对大小,不能只看pH,一定温度下pH=6的溶液也可能显中性,也可能显酸性,应注意温度。

②使用pH试纸测溶液pH时不能用蒸馏水润湿。

③25℃时,pH=12的溶液不一定为碱溶液,pH=2的溶液也不一定为酸溶液,也可能为能水解的盐溶液。

【典型例题2】【四川雅安市2018届期末】能说明溶液呈中性的可靠依据是()

A.pH=7B.石蕊试液不变色C.pH试纸不变色D.c(H+)=c(OH-)

【答案】D

【点评】本题考查了溶液酸碱性的判断,属于易错题,注意不能根据溶液的pH值判断溶液的酸碱性,要根据氢离子浓度和氢氧根离子浓度的相对大小判断溶液的酸碱性。

【迁移训练2】【合肥六中2018届期中】下列叙述正确的是()

A.95℃纯水的pH<7,说明加热可导致水呈酸性

B.pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后pH=4

C.pH=3的醋酸溶液与pH=11的氢氧化钠溶液等体积混合后pH=7

D.0.2mol·L-1的盐酸与等体积水混合后pH=1

【答案】D

【解析】A、水是弱电解质,电离吸热,加热促进电离,所以95℃纯水的pH<7。

但任何纯水都是显中性的,选项A不正确;B、醋酸是弱酸,存在电离平衡。

稀释促进电离,氢离子的物质的量增加,所以pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后3<pH<4,选项B不正确;C、醋酸是弱酸,则pH=3的醋酸溶液中醋酸的浓度大于10-3mol/L。

而pH=11的氢氧化钠溶液中氢氧化钠的浓度=10-3mol/L,所以二者等体积混合后醋酸过量,溶液显酸性,即pH<7,选项C不正确;D、0.2mol·L-1的盐酸,与等体积水混合后溶液的浓度=0.1mol/L,所以溶液的pH=1,选项D正确;答案选D。

三、酸碱中和滴定

1、概念

利用酸碱中和反应,用已知浓度酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。

2、原理

计算依据:

当酸与碱恰好完全反应时,有n(H+)=n(OH-),即ν(酸)c(酸)V(酸)=ν(碱)c(碱)V(碱)(ν、c、V分别代表酸和碱的元数、浓度、体积)。

酸碱中和滴定的关键:

①准确测定标准液的体积。

②准确判断滴定终点。

3、实验用品

(1)试剂:

标准液(已知浓度的酸或碱溶液)、待测液(未知浓度的碱或酸溶液)、适当的酸碱指示剂(通过指示剂颜色的变化来确定滴定终点)。

(2)①仪器:

酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶图(A)是酸式滴定管、图(B)是碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。

(3)滴定管

①构造:

“0”刻度线在上方,尖嘴部分无刻度。

②精确度:

读数可估计到0.01mL。

③洗涤:

先用蒸馏水洗涤,再用待装液润洗。

④排泡:

酸、碱式滴定管中的液体在滴定前均要排出尖嘴中的气泡。

⑤使用注意事项:

试剂性质

滴定管

原因

酸性、氧化性

酸式滴定管

氧化性物质易腐蚀橡胶管

碱性

碱式滴定管

碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开

4、实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液)

(1)滴定前的准备

滴定准备“八动词”

(2)滴定过程“三动作”

(3)终点判断“两数据”

a.最后一滴:

滴入最后一滴,溶液颜色发生突变。

b.半分钟:

颜色突变后,经振荡半分钟内不复原,视为滴定终点。

(4)数据处理

按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,

根据c(NaOH)=c(HClV(NaOH溶液计算。

4.常用酸碱指示剂及变色范围

指示剂

变色范围的pH

石蕊

<5.0红色

5.0~8.0紫色

>8.0蓝色

甲基橙

<3.1红色

3.1~4.4橙色

>4.4黄色

酚酞

<8.2无色

8.2~10.0浅红色

>10.0红色

【特别提醒】中和滴定操作细节

(1)酸式滴定管下端为玻璃塞,能耐酸和氧化剂的腐蚀,可用于盛装酸性和氧化性溶液,但不能盛装碱性溶液。

(2)碱式滴定管下端为橡胶管和玻璃珠,橡胶易被酸性或氧化性溶液腐蚀,所以碱式滴定管只能盛装碱性或非氧化性溶液。

(3)滴定管“0”刻度在上方,数值从上到下依次增大,有一部分没有刻度,滴定管的全部容积大于它的最大刻度值,仰视时读数偏大,俯视时读数偏小。

量筒无“0”刻度,数值从下到上依次增大,因此仰视时读数偏小,俯视时读数偏大。

(4)记录数据时,滴定管的读数应记录到小数点后两位,如20.00mL;量筒的读数最多记录到小数点后一位,如8.0mL。

(5)=≠≠

①滴定终点:

指示剂变色时即“达到了滴定的终点”,通常与理论终点存在着一定的误差(允许误差),而指示剂变色点都不是pH=7的情况。

②恰好中和:

指酸和碱恰好完全反应生成盐和水的时刻,此时的溶液不一定呈中性。

③呈中性:

溶液中的氢离子浓度等于氢氧根离子浓度(常温下pH=7)。

(6)清楚指示剂的选择原则

变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。

①不能用石蕊作指示剂。

②滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。

③滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。

④强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。

6、误差分析

(1)原理(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)

cB=cA·VAVBVB——准确量取的待测液的体积;cA——标准溶液的浓度。

故有:

cB正比于VA。

(2)误差分析

A、标准液配制引起的误差

①称取5.2克氢氧化钠配制标准液时,物码倒置。

(偏高)

②配制标准液时,烧杯及玻璃棒未洗涤。

(偏高)

③配制标准液时,定容俯视。

(偏低)

④配制标准液时,定容仰视。

(偏高)

⑤配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸钠。

(偏高)

⑥配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸氢钠。

(偏高)

⑦配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有KOH。

(偏高)

⑧滴定管水洗后,未用标准液洗涤。

(偏高)

B、标准液操作引起的误差

①滴定前读数仰视,滴定后读数俯视。

(偏低)

②滴定结束,滴定管尖嘴处有一滴未滴下。

(偏高)

③滴定前有气泡未赶出,后来消失。

(偏高)

C、待测液操作引起的误差

①锥形瓶水洗后,用待测液润洗过再装待测液。

(偏高)

②锥形瓶有少量水,直接放入待测液。

(无影响)

③摇动锥形瓶时,溅出部分溶液。

(偏低)

【典型例题3】【湖北部分重点中学2019届高三上起点考试】下列有关滴定操作的说法正确的是()

A.用25mL滴定管进行中和滴定时,用去标准液的体积为21.7mL

B.用标准的KOH溶液滴定未知浓度的盐酸,洗净碱式滴定管后直接取标准KOH溶液进行滴定,则测定结果偏低

C.用标准的KOH溶液滴定未知浓度的盐酸,配制标准溶液的固体KOH中含有NaOH杂质,则测定结果偏高

D.用未知浓度的盐酸滴定标准的KOH溶液时,若读取读数时,滴定前仰视,滴定到终点后俯视,会导致测定结果偏高

【答案】D

【点评】本题考查氧化还原滴定操作、误差分析,注意利用公式来分析解答,无论哪一种类型的误差,都可以归结为对标准溶液体积的影响,然后根据c(待测)=

分析,若标准溶液的体积偏小,那么测得的物质的量的浓度也偏小;若标准溶液的体积偏大,那么测得的物质的量的浓度也偏大。

【迁移训练3】【陕西西安远东一中2019届高三上10月月考】为了测定实验室长期存放的Na2SO3固体的纯度,准确称取Mg固体样品,配成250mL溶液。

设计了以下两种实验方案:

方案I:

取50.00mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的BaCl2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称量,得到沉淀的质量为m1g

方案Ⅱ:

取50.00mL上述溶液,用amol/L的酸性KMnO4溶液进行滴定。

实验中所记录的数据如下表:

滴定次数

实验数据

1

2

3

4

待测溶液体积/mL

50.00

50.00

50.00

50.00

滴定管初读数/mL

0.00

0.20

0.10

0.15

滴定管末读数/mL

20.95

21.20

20.15

21.20

(1)配制250mLNa2SO3溶液时,必须用到的实验仪器有:

烧杯、玻棒、滴管、药匙和_______________、_________________。

(2)操作I为__________________操作Ⅱ为______________

(3)方案I中如何判别加入的氯化钡已经过量______________________________

(4)在方案Ⅱ中滴定终点的判断方法是_______________________________。

(5)在方案Ⅱ中发生的离子反应方程式为__________________________

(6)根据方案Ⅱ所提供的数据,计算Na2SO3的纯度为___________。

(写成分数形式)

(7)有同学模仿方案I,提出方案Ⅲ:

取50.00mL上述溶液→加入足量的盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液→操作I→洗涤→操作Ⅱ→称重,得到沉淀质量为m2g并用方案I的方法计算结果。

根据方案Ⅲ,从理论上讲,下列说法正确的是________(填序号)

a.方案I比方案Ⅲ的计算结果要低

b.方案I比方案Ⅲ的计算结果要高

c.m1=m2,方案I和方案Ⅲ的结果一样

d.方案Ⅲ不应根据方案I的方法计算

(8)上述实验中,由于操作错误所引起的实验误差分析正确的是__________(填序号)。

a.方案I中如果没有洗涤操作,实验结果将偏小

b.方案I中如果没有操作Ⅱ,实验结果将偏大

c.方案Ⅲ中如果没有洗涤操作,实验结果将偏小

d.方案Ⅲ中如果没有操作Ⅱ,实验结果将偏大

【答案】天平250mL的容量瓶过滤干燥(烘干)

静置分层后,向上清液中加入盐酸酸化的氯化钡,不再产生沉淀,即已沉淀完全

加入最后一滴高锰酸钾溶液后溶液由无色变为紫色,且在半分钟内不褪2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O1323a/40Mbdad

(2)取2.500mL上述溶液,加入足量的盐酸酸化的BaCl2溶液生成硫酸钡沉淀

过滤

洗涤

干燥

称量,得到沉淀的质量为m1g,操作I为分离固体和液体用过滤,操作Ⅱ为干燥沉淀;

(3)判别加入的氯化钡已经过量的方法为:

静置分层后,向上清液中加入盐酸酸化的氯化钡,不再产生沉淀,即已沉淀完全;

(4)在方案Ⅱ中滴定终点的判断方法是加入最后一滴后溶液由无色变为紫色,且在半分钟内不褪;

(5)酸性KMnO4具有氧化性,SO32-具有还原性,两者发生氧化还原反应,离子反应方程式为:

2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O;

(6)从图表中4组数据可知,消耗的高锰酸钾的体积分别为:

20.95mL、21.00mL、20.05mL、21.05mL,第三组数据误差较大,应舍去,高锰酸钾平均消耗的溶液体积

V=(20.95mL+21.00mL+21.05mL)/3=21.00mL,消耗高锰酸钾的物质的量为amol/L×0.021L=0.021amol结合化学方程式定量关系计算,2MnO4-~5SO32-可知,50.00mL的上述溶液中含有亚硫酸钠的物质的量为0.021amol×5/2=21a/400mol,则Mg固体中亚硫酸钠的物质的量为21a/400mol×250mL/50mL=21a/80mol,所以亚硫酸钠的纯度为:

21a/80mol×126g/mol÷Mg×100%=1323a/40M;

(6)A.方案I中如果没有洗涤操作,测得生成硫酸根钡质量增大,则亚硫酸钠的质量偏小,故a正确;

B.方案I中如果没有操作Ⅱ,测得生成硫酸钡质量增大,则亚硫酸钠的质量偏小,故b错误;

C.方案Ⅲ中如果没有洗涤操作,测得生成硫酸钡质量增大,则测定结果偏大,故c错误;

D.方案Ⅲ中如果没有操作Ⅱ,测得生成硫酸钡质量增大,被氧化的亚硫酸钠质量增大,测定结果偏大,故d正确.因此,本题正确答案是:

ad。

考点一:

水电离的c(H+)或c(OH-)的计算

1、常温下,中性溶液c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1

2、溶质为酸的溶液

①来源

OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)=c(OH-)。

②实例

如计算pH=2的盐酸溶液中水电离出的c(H+),方法是先求出溶液的c(OH-)=Kw/10-2=10-12

mol·L-1,即水电离出的c(H+)=c(OH-)=10-12mol·L-1。

3、溶质为碱的溶液

①来源

H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。

②实例

如计算pH=12的NaOH溶液中水电离出的c(OH-),方法是先求出溶液的c(H+)=Kw/10-2=10-12mol·L-1,即水电离出的c(OH-)=c(H+)=10-12mol·L-1。

4、水解呈酸性或碱性的盐溶液

①pH=5的NH4Cl溶液中H+全部来自水的电离,由水电离的c(H+)=10-5mol·L-1,c(OH-)=10-9mol·L-1,是因为部分OH-与部分NH+4结合;

②pH=12的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离出的c(OH-)=10-2mol·L-1。

【方法技巧】水电离的c(H+)或c(OH-)的计算技巧(25℃时)

(1)中性溶液:

c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1。

(2)酸或碱抑制水的电离,水电离出的c(H+)=c(OH-)<10-7mol·L-1,当溶液中的c(H+)<10-7mol·L-1时就是水电离出的c(H+);当溶液中的c(H+)>10-7mol·L-1时,就用10-14除以这个浓度即得到水电离的c(H+)。

(3)可水解的盐促进水的电离,水电离的c(H+)或c(OH-)均大于10-7mol·L-1。

若给出的c(H+)>10-7mol·L-1,即为水电离的c(H+);若给出的c(H+)<10-7mol·L-1,就用10-14除以这个浓度即得水电离的c(H+)。

【典型例题4】【甘肃静宁县一中2018-届10月月考】25℃时,下列四种溶液中,由水电离生成的氢离子浓度之比()

①pH=0的盐酸②0.1mol/L的盐酸

③0.01mol/L的NaOH溶液④pH=14的NaOH溶液

A.1∶10∶100∶1B.1∶10-1∶10-12∶10-14

C.14∶13∶12∶14D.14∶13∶2∶1

【答案】A

【点评】本题考查了水的电离以及相关计算,解题关键:

理解酸或碱抑制水电离,酸溶液中氢氧根离子是水电离的,碱溶液中氢离子是水电离。

【迁移训练4】【上海长宁区2018届高三上期末】常温下,下列溶液中水的电离程度最大的是()

A.pH=0的硫酸B.0.01mol/LNaOH溶液

C.pH=10的纯碱溶液D.pH=5的氯化铵溶液

【答案】D

考点二:

加水稀释pH变化及曲线

1、强酸溶液,被稀释10n倍,溶液的pH增大n(溶液的pH不会大于7)。

2、强碱溶液,被稀释10n倍,溶液的pH减小n(溶液的pH不会小于7)。

3、加水稀释时pH值的变化规律(图像)

(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b)

物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH增大快;若加水稀释到相同pH,强酸加水多。

(2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b)

pH相同的强酸与弱酸,加水稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH变化大;若加水稀释到相同pH,弱酸加水多。

【典型例题5】【北师大学附中2018届高三上学期期中】25℃时,pH=3的盐酸和醋酸各1mL分别加水稀释,pH随溶液体积变化的曲线如下图所示。

下列说法不正确的是()

A.曲线I

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