高中化学 第3章 水溶液中的离子平衡 第2节 水的电离和溶液的酸碱性第1课时水的电离溶液的酸碱性.docx

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高中化学第3章水溶液中的离子平衡第2节水的电离和溶液的酸碱性第1课时水的电离溶液的酸碱性

第二节　水的电离和溶液的酸碱性

第1课时　水的电离　溶液的酸碱性与pH

1．了解水的电离平衡以及影响因素。

（重点）

2．了解水的离子积并能运用其进行简单计算。

（难点）

3．了解溶液的酸碱性与pH的关系和溶液酸碱性的判断依据与方法。

（重难点）

水的电离

[基础·初探]

教材整理　

1．水的电离

水是一种极弱的电解质，电离方程式为2H2OH3O＋＋OH－，也可简写为H2OH＋＋OH－。

2．水的离子积常数

（1）水的电离常数：

K电离＝

。

（2）水的离子积常数

KW＝c（H＋）·c（OH－）。

随着温度的升高，水的离子积增大。

在室温下，纯水中的c（H＋）＝c（OH－）＝10－7mol·L－1，KW＝1.0×10－14。

（3）适用范围

KW不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质溶液。

[探究·升华]

[思考探究]

用电导仪测定水的电导率，如下图。

接通直流电源，发现纯水的电导率不为零，说明纯水中含有自由移动的离子，说明纯水中部分水发生了电离。

问题思考：

（1）写出水的电离方程式。

据此判断水分子电离出的H＋和OH－数目相等吗？

【提示】　H2OH＋＋OH－。

水分子电离出H＋和OH－数目相等。

（2）结合弱电解质电离平衡的影响因素，完成下表。

水的电离平衡：

H2OH＋＋OH－　ΔH>0

影响因素

移动方向

c（H＋）

c（OH－）

Kw

升温

______

增大

增大

增大

加酸

左移

______

减小

不变

加碱

左移

______

增大

不变

【提示】　右移　增大　减小

（3）升高温度，水的平衡常数如何变化？

【提示】　升高温度，水的平衡常数增大。

[认知升华]

水的电离

1．水极难电离，通常只有极少量的水分子发生电离；由水分子电离出的

H＋和OH－数目相等；水的电离是可逆的吸热反应。

2．影响水的电离平衡的因素

水的电离：

H2OH＋＋OH－　ΔH>0

条件变化

移动方向

c（H＋）

c（OH－）

KW

电离程度

影响

升高温度

右移

增大

增大

增大

增大

促进

加酸

左移

增大

减小

不变

减小

抑制

加碱

左移

减小

增大

不变

减小

抑制

加活泼金

属如Na

右移

减小

增大

不变

增大

促进

3.水电离出的c（H＋）或c（OH－）的计算

KW表达式中，c（H＋）、c（OH－）均表示整个溶液中总物质的量浓度，但是一般情况下有：

（1）酸溶液中KW＝c（H＋）酸·c（OH－）水（忽略水电离出的H＋的浓度），即c（H＋）水＝c（OH－）水＝KW/c（H＋）酸。

（2）碱溶液中KW＝c（H＋）水·c（OH－）碱（忽略水电离出的OH－的浓度），即c（H＋）水＝KW/c（OH－）碱。

（3）纯水中，水电离出的c（H＋）与水电离出的c（OH－）一定相等，即c（H＋）＝

c（OH－）＝

。

[题组·冲关]

题组1　影响水的电离平衡的因素

1．25℃时，水的电离达到平衡：

H2OH＋＋OH－　ΔH>0，下列叙述正确的是（　　）

A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c（OH－）降低

B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c（H＋）增大，KW不变

C．向水中加入少量CH3COOH，平衡逆向移动，c（H＋）降低

D．将水加热，KW增大，c（H＋）不变

【解析】　本题考查外界条件对水的电离平衡的影响。

解答时要先分析水的电离平衡的移动方向，再讨论c（H＋）、c（OH－）或KW的变化。

向水中加入稀氨水，c（OH－）增大，平衡逆向移动，c（H＋）减小，A项不正确；向水中加入少量固体NaHSO4：

NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO

，c（H＋）增大，但KW不变，B项正确；向水中加入少量CH3COOH后，使水的电离平衡逆向移动，c（OH－）减小，c（H＋）增大，C项不正确；将水加热，水的电离平衡正向移动，c（H＋）、c（OH－）均增大，KW增大，c（H＋）增大，但仍呈中性，D项不正确。

【答案】　B

2．已知水在25℃和100℃时，电离平衡曲线如图所示：

（1）25℃时水的电离平衡曲线应为________（填“A”或“B”），请说明理由____

________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（2）将A点变为B点，采取的措施是_________________________________

______________________________________________________________。

（3）C点c（H＋）＝________，D点c（OH－）＝________。

【解析】　

（1）水的电离是吸热过程，当温度升高时，促进水的电离，水的离子积增大，水中c（H＋）、c（OH－）都增大，结合图像中A、B曲线变化情况及

c（H＋）、c（OH－）可以判断25℃时水的电离平衡曲线应为A。

（2）A点KW＝10－14，B点KW＝10－12，故由A点变为B点须进行升温。

（3）c（H＋）＝

＝

mol·L－1

＝10－8mol·L－1。

c（OH－）＝

＝

mol·L－1＝10－8mol·L－1。

【答案】　

（1）A　水的电离是吸热过程，温度低时，电离程度小，c（H＋）、c（OH－）小　

（2）升高温度至100℃　（3）10－8mol·L－1　10－8mol·L－1

题组2　水电离的c（H＋）或c（OH－）的计算

3．常温下，0.1mol·L－1的NaOH溶液中由水电离出的OH－的物质的量浓度为（　　）

A．0.1mol·L－1　　　　　B．1.0×10－13mol·L－1

C．1.0×10－7mol·L－1D．1.0×10－6mol·L－1

【解析】　NaOH为强碱，在水溶液中完全电离为Na＋和OH－，水电离出的OH－很少，可以忽略不计，所以0.1mol·L－1的NaOH溶液中c（OH－）＝

0.1mol·L－1，则由水电离出的OH－的物质的量浓度＝c（H＋）＝

＝

＝1.0×10－13mol·L－1。

【答案】　B

4．25℃时，下列四种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比是（　　）

①1mol·L－1的盐酸　②0.1mol·L－1的盐酸　③0.01mol·L－1的NaOH溶液　④1mol·L－1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

【解析】　25℃时，KW＝1×10－14。

酸溶液中由水电离出的c（H＋）等于该溶液中由水电离出的c（OH－），所以①c（H＋）＝1mol·L－1，由水电离出的c（H＋）与溶液中c（OH－）相等，等于10－14mol·L－1；②c（H＋）＝0.1mol·L－1，则由水电离出的c（H＋）＝10－13mol·L－1。

碱溶液中由水电离出的c（H＋）等于

该溶液中的c（H＋），所以，③c（OH－）＝0.01mol·L－1，由水电离出的c（H＋）＝10－12mol·L－1，④由水电离出的c（H＋）＝10－14mol·L－1。

即四种溶液中由水电离出的c（H＋）之比为10－14∶10－13∶10－12∶10－14＝1∶10∶100∶1。

【答案】　A

5．25℃时，在等体积的①0.5mol·L－1的H2SO4溶液中

②0.05mol·L－1Ba（OH）2溶液中　③1mol·L－1NaCl溶液中　④纯水中，发生电离的水的物质的量之比是（　　）【导学号：

29910034】

A．1∶10∶107∶107B．107∶107∶1∶1

C．107∶106∶2∶2D．107∶106∶2×107∶2

【解析】　25℃时，0.5mol·L－1H2SO4溶液中c（H＋）＝1mol·L－1，由水电离出的c（H＋）水＝10－14mol·L－1，0.05mol·L－1Ba（OH）2溶液中，c（OH－）＝0.1mol·L－1，由水电离出的c（H＋）水＝10－13mol·L－1，NaCl和纯水中由水电离出的c（H＋）水均为10－7mol·L－1。

则等体积的上述四种溶液中由水电离出的n（H＋）（即电离水的物质的量）之比为10－14∶10－13∶10－7∶10－7＝1∶10∶107∶107。

【答案】　A

溶液的酸碱性与pH

[基础·初探]

教材整理1　溶液的酸碱性

1．溶液的酸碱性与c（H＋）、c（OH－）的关系

c（H＋）与c（OH－）的关系

c（H＋）的范围（25℃）

中性溶液

c（OH－）＝c（H＋）

c（H＋）＝1.0×10－7

酸性溶液

c（OH－）

c（H＋）>1.0×10－7

碱性溶液

c（OH－）>c（H＋）

c（H＋）<1.0×10－7

2.溶液的酸碱性与pH

（1）pH

（2）溶液的酸碱性与pH的关系（常温下）

教材整理2　溶液酸碱性的测定方法

1．酸碱指示剂法

该法只能测其酸碱性，即pH的大致范围，不能测出具体数值，常见的酸碱指示剂的变色范围（pH）：

2．pH试纸法

（1）种类

①广范pH试纸：

其pH范围是1～14（最常用）。

②精密pH试纸：

其pH范围较窄，可判别0.2或0.3的pH差值。

③专用pH试纸：

用于酸性、中性或碱性溶液的专用pH试纸。

（2）使用方法：

把小块pH试纸放在玻璃片上，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。

（3）pH计测定法。

[探究·升华]

[思考探究]

中学化学实验中，淡黄色的pH试纸常用于测定溶液的酸碱性。

在25℃时，若溶液的pH＝7，试纸不变色；若pH<7，试纸变红色；若pH>7，试纸变蓝色。

而要精确测定溶液的pH，需用pH计。

pH计主要通过测定溶液中H＋浓度来测定溶液的pH。

问题思考：

（1）现欲测定100℃沸水的pH及酸碱性，甲同学使用pH试纸测定，请推测pH试纸呈什么颜色，溶液的酸碱性如何？

【提示】　试纸呈淡黄色，沸水呈中性。

（2）同样测定100℃沸水的pH及酸碱性，乙同学选择了pH计，请分析pH计的读数等于7吗？

水溶液还呈中性吗？

【提示】　由于沸水电离程度增大，溶液中c（H＋）增大，所以测定的pH<7，但由于c（H＋）＝c（OH－），溶液呈中性。

（3）由2的实验结果分析pH<7的溶液一定是酸性溶液吗？

那么pH等于大于7的溶液一定分别是中性溶液和碱性溶液吗？

【提示】　不一定。

只有在常温下才能满足。

当在100℃的时候，水的离子积为1.0×10－12，此时中性溶液的pH为6，pH<6的为酸性溶液，pH>6的为碱性溶液。

（4）丙同学测定溶液pH时先将pH试纸润湿后再进行测定。

分析这样测定的pH会有怎样的误差？

【提示】　可能变大，可能变小，也可能不变。

因为用水润湿以后再测定溶液的酸碱性时就相当于稀释溶液，当溶液为酸性时，酸性减弱，pH变大；当溶液为碱性时，碱性减弱，pH变小；当溶液呈中性时，用水润湿，没有影响，所以pH不变。

[认知升华]

1．溶液酸碱性与c（H＋）、c（OH－）、pH的关系

任意温度

常温（25℃）

溶液酸

碱性

c（H＋）与c（OH－）的相

对大小

c（H＋）与c（OH－）的相对大小

pH

c（H＋）>c（OH－）

c（H＋）>c（OH－）c（H＋）>10－7mol/L

小于7

酸性

c（OH－）>c（H＋）

c（H＋）

大于7

碱性

c（H＋）＝c（OH－）

c（H＋）＝c（OH－）＝10－7mol/L

等于7

中性

2.25℃时，溶液酸碱性与c（H＋）、pH的关系

溶液中c（H＋）越小，c（OH－）越大，溶液的酸性越弱，碱性越强，pH越大。

3．溶液酸碱性的判断依据

[题组·冲关]

题组1　溶液酸碱性的判断

1．下列溶液一定呈中性的是（　　）

A．pH＝7的溶液

B．c（H＋）＝c（OH－）的溶液

C．由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液

D．非电解质溶于水得到的溶液

【解析】　A项，只有在25℃下pH＝7的溶液才呈中性，如100℃时，纯水中有：

c（H＋）＝c（OH－）＝1.0×10－6mol/L，此时pH＝6为中性，pH＝7为碱性，故A项错误；B项，c（H＋）＝c（OH－）的溶液，一定为中性，故B项正确；C项，如果酸、碱不是相同元数的酸、碱，如H2SO4和NaOH等物质的量混合，酸过量显酸性，故C项错误；D项，如非电解质SO2溶于水得到H2SO3，显酸性，故D项错误。

【答案】　B

2．下列说法正确的是（　　）【导学号：

29910035】

A．pH＝6的溶液一定显酸性

B．常温下由水电离的c（OH－）为1×10－8mol·L－1的溶液一定呈酸性

C．c（H＋）

D．c（OH－）＝1×10－6mol·L－1的溶液一定呈碱性

【解析】　溶液的酸碱性取决于c（H＋）与c（OH－）的相对大小，利用pH或

c（H＋）判断时应注意温度。

常温下由水电离的c（OH－）为1×10－8mol·L－1，可能溶液中c（OH－）＝1×10－8mol·L－1，c（H＋）＝1×10－6mol·L－1，溶液呈酸性，也可能溶液中c（H＋）＝1×10－8mol·L－1，c（OH－）＝1×10－6mol·L－1，溶液呈碱性。

【答案】　C

3．313K时，水的KW＝3.0×10－14，则在313K时，c（H＋）＝10－7mol·L－1的溶液（　　）

A．呈酸性　B．呈中性

C．呈碱性D．无法判断

【解析】　根据溶液中c（H＋）与c（OH－）的相对大小判断。

由KW＝c（H＋）·

c（OH－）可得：

c（OH－）＝

＝

mol·L－1＝3.0×10－7mol·L－1，

c（H＋）

【答案】　C

题组2　溶液pH的测定

4．用pH试纸测定溶液的pH，正确操作是（　　）

A．将一小块试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照

B．将一小块试纸用蒸馏水润湿后放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照

C．将一小块试纸在待测液中蘸一下，取出后放在表面皿上，与标准比色卡对照

D．将一小块试纸先用蒸馏水润湿后，再在待测液中蘸一下，取出后与标准比色卡对照

【解析】　A项，正确；B项，pH试纸不能预先用蒸馏水润湿，否则测酸溶液的pH时将会使所测pH偏大，测碱溶液的pH时将会使所测pH偏小，而对中性溶液不影响；C项，不能将pH试纸浸入到溶液中去测溶液的pH；D项明显不对。

【答案】　A

5．有一学生在实验室测某溶液的pH，实验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。

（1）该学生的操作________（填“正确”或“错误”），其理由是__________

_______________________________________________________________；

（2）该操作是否一定有误差？

______________________________________

______________________________________________________________；

（3）若用此方法分别测定c（OH－）相等的氢氧化钠溶液和氨水的pH，误差较大的是________________，原因是_______________________________________

______________________________________________________________；

（4）只从下列试剂中选择实验所需的试剂，你能否区分0.1mol·L－1硫酸溶液和0.01mol·L－1硫酸溶液？

________________（填“能”或“否”），简述操作过程：

_______________

________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

试剂：

a.紫色石蕊试液　b．酚酞试液　c．甲基橙溶液

d．蒸馏水　e．氯化钡溶液　f．pH试纸

【解析】　

（1）用pH试纸测量溶液时，pH试纸不能润湿，否则相当于将原溶液稀释。

（2）若溶液呈酸性或碱性，稀释必然会造成测量数据错误，若溶液呈中性，则对结果无影响。

（3）NH3·H2O是弱电解质，加水稀释时，促进它的电离，故对OH－浓度相等的氢氧化钠和氨水溶液来说，加水稀释相同倍数，氨水的pH减小程度小些，误差小些。

（4）分别测定这两种硫酸溶液的pH，pH较小的是浓度较大的硫酸溶液，pH较大的是浓度较小的硫酸溶液。

【答案】　

（1）错误　该学生测得的pH是稀释后溶液的pH

（2）该学生操作错误，但不一定产生误差。

因为原溶液不是中性时，稀释后溶液pH发生了变化，只是弱酸或弱碱溶液变化程度小些；若是中性溶液，稀释不会产生误差

（3）氢氧化钠溶液　稀释过程中，NH3·H2O继续电离出OH－，减弱了因稀释OH－浓度减小程度，所以测得氢氧化钠溶液误差较大

（4）能　用玻璃棒分别蘸取两种溶液滴在两张pH试纸上，其显示的颜色与标准比色卡对照，pH较大的是0.01mol·L－1硫酸溶液

学业分层测评（十二）

（建议用时：

45分钟）

[学业达标]

1．将纯水加热至较高温度，下列叙述正确的是（　　）

A．水的离子积变大，pH变小，呈酸性

B．水的离子积不变，pH不变，呈中性

C．水的离子积变小，pH变大，呈碱性

D．水的离子积变大，pH变小，呈中性

【解析】　升高温度，水的电离平衡右移，电离程度增大，c（H＋）和c（OH－）同时增大，KW增大，但由于c（H＋）和c（OH－）始终保持相等，故仍呈中性。

【答案】　D

2．下列说法中，正确的是（　　）

A．在任何条件下，纯水的pH都等于7

B．在任何条件下，纯水都呈中性

C．在95℃时，纯水的pH大于7

D．在95℃时，纯水中H＋的物质的量浓度c（H＋）小于10－7mol·L－1

【解析】　室温下，纯水的pH才等于7，A错误；任何条件下，纯水中

c（H＋）＝c（OH－），呈中性，B正确；加热能促进水的电离，故95℃时纯水的

c（H＋）大于10－7mol·L－1，pH小于7，C错误，D错误。

【答案】　B

3．下列溶液一定呈酸性的是（　　）

A．c（H＋）＝10－6mol·L－1的溶液

B．pH<7的溶液

C．c（H＋）>c（OH－）的溶液

D．滴加酚酞显无色的溶液

【解析】　酸性溶液是指c（H＋）>c（OH－）的溶液；滴加酚酞显无色的溶液，有可能显酸性也有可能显弱碱性；由于未指明温度，不能依据c（H＋）＝10－6

mol·L－1或pH<7来判断溶液的酸碱性。

【答案】　C

4．下列措施能影响水的电离平衡，并使溶液中的c（H＋）>c（OH－）的是（　　）

A．向纯水中投入少量Na2O2

B．将水加热煮沸

C．向水中通入CO2

D．向水中加入NaCl

【解析】　A生成NaOH，使c（OH－）>c（H＋）；B可促进水的电离，但c（H＋）＝c（OH－）；D对水的电离无影响；C可与水反应生成H2CO3，抑制水的电离，但H2CO3H＋＋HCO

，使c（H＋）>c（OH－）。

【答案】　C

5．水是最宝贵的资源之一。

下列表述正确的是（　　）

A．4℃时，纯水的pH＝7

B．温度升高，纯水中的c（H＋）增大，c（OH－）减小

C．水的电离程度很小，纯水中主要存在形态是水分子

D．向水中加入酸或碱，都可抑制水的电离，使水的离子积减小

【解析】　水的电离是吸热反应，常温下水的pH＝7，故A错误；水的电离是吸热过程，升温促进电离，氢离子和氢氧根离子浓度增大，故B错误；水在常温下电离出氢离子和氢氧根离子浓度为10－7mol·L－1，故C正确；向水中加入酸或碱，都可抑制水的电离，但水的离子积只随温度变化，故D错误。

【答案】　C

6．向蒸馏水中滴入少量盐酸后，下列说法中错误的是（　　）

A．c（H＋）·c（OH－）不变

B．pH减小了

C．c（OH－）降低了

D．水电离出的c（H＋）增加了

【解析】　水的电离逆向移动，水电离产生的H＋、OH－浓度均减小，但溶液的酸性增强，pH减小，B、C正确，D错误；因水的离子积常数只受温度影响，故A项正确。

【答案】　D

7．25℃时，在0.01mol·L－1的硫酸溶液中，水电离出的H＋浓度是

（　　）

A．5×10－13mol·L－1　　　B．0.02mol·L－1

C．1×10－7mol·L－1D．1×10－12mol·L－1

【解析】　H2SO4电离出的c（H＋）＝0.02mol·L－1，由KW＝1.0×10－14可知c（OH－）＝5×10－13mol·L－1，OH－是由水电离产生的，则水电离产生的c（H＋）＝c（OH－）＝5×10－13mol·L－1。

【答案】　A

8．25℃的下列溶液中，碱性最强的是（　　）

A．pH＝11的溶液

B．c（OH－）＝0.12mol·L－1

C．1L中含有4gNaOH的溶液

D．c（H＋）＝1×10－10mol·L－1的溶液

【解析】　常温下，可以根据pH或c（H＋）比较溶液的酸碱性，同样也可以根据c（OH－）的大小来比较。

A、C、D三个选项中溶液的c（OH－）依次为1×10－3mol·L－1、0.1mol·L－1、1×10－4mol·L－1，所以B中溶液的c（OH－）最大，碱性最强。

【答案】　B

9．下列溶液中，一定呈中性的是（　　）

A．由非电解质溶于水得到的溶液

B．c（H＋）、c（OH－）均为5.0×10－7mol·L－1的溶液

C．等物质的量的强酸与强碱反应得到的溶液

D．将0.1mol·L－1烧碱溶液稀释100倍所得到的溶液

【解析】　二氧化碳溶于水显酸性，A项错误；c（H＋）、c（OH－）均为5.0×

10－7mol·L－1的溶液，是中性溶液，B项正确；等物质的量的硫酸和氢氧化钠反应，得到的是酸性溶液，C项错误；将0.1mol·L－1烧碱溶液稀释100倍所得到的溶液，仍然显碱性，D项错误。

【答案】　B

10．现有下列物质①100℃纯水；②25℃0.1mol·L－1HCl溶液；③25℃0.1mol·L－1KOH溶液；④25℃0.1mol·L－1Ba（OH）2溶液。

（1）这些物质与25℃纯水相比，能促进水电离的是________（填序号，下同），能抑制水的电离的是________，水电离的c（OH－）等于溶液中c（OH－）的是________，水电离的c（H＋）等于溶液中c（H＋）的是________。