高中化学第三章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学案新人教版

第1课时 水的电离、溶液的酸碱性与pH

[目标导航] 1.了解水的电离平衡及影响因素。2.了解水的离子积并能进行简单计算。3.了解溶液的酸碱性与pH的关系。

一、水的电离 1．水的电离

水是一种极弱的电解质，电离方程式为H2O＋H2O

H3O＋OH，简写为H2O

＋

－

H＋

＋

c（H＋）·c（OH－）

OH，水的电离常数K电离＝。

c（H2O）

－

2．水的离子积常数 (1)Kw的推导

c（H＋）·c（OH－）＋－

水的电离平衡常数K电离＝，则c(H)·c(OH)＝K电离·c(H2O)。从实验可

c（H2O）

知，在室温时55.6 mol纯水中只有1×10 mol H2O电离，电离前后H2O的物质的量几乎不变，因此c(H2O)可视为常数，K电离也为一常数，所以K电离·c(H2O)必然也为常数，用Kw表示，因此有c(H)·c(OH)＝Kw。 (2)Kw的影响因素

水的离子积Kw，只受温度的影响，温度升高，Kw增大。 (3)Kw的适用范围

＋

－

－7

Kw不仅适用于纯水，还可适用于稀的电解质水溶液。

3．外界条件对水的电离平衡的影响

纯水 升温 加酸 加碱 加活泼金属 【合作探究】

c(H)/mol·L 1.0×10 ＞1.0×10 ＞1.0×10 ＜1.0×10 ＜1.0×10 －7－7－7－7－7＋－1c(OH－)/mol·L－1水的电离程度 平衡Kw 移动 —— 向右 向左 向左 向右 1.0×10－14－7 1.0×10 ＞1.0×10 ＜1.0×10 ＞1.0×10 ＞1.0×10 －7－7－7－7—— 增大 减小 减小 增大 增大 不变 不变 不变

1．在pH＝2的盐酸溶液中由水电离出来的c(H)与c(OH)之间的关系是什么？

答案 外界条件改变，水的电离平衡发生移动，但任何时候由水电离出的c(H)和c(OH)总是相等的。

2．常温下，0.01 mol·L的HCl溶液中，c(H)水＝________；0.01 mol·L的NaOH溶液中，c(OH)水＝________。 答案 1.0×10

－12

－

－1

＋

－1

＋

－

＋－

mol·L 1.0×10

＋

－1－12

mol·L

－1

－1

3．在100 ℃，纯水中c(H)＝1.0×10 mol·L，此时Kw＝________，在该温度下，0.1 mol·

L NaOH溶液中，c(OH)水＝________。 答案 1.0×10

－12

－1

－

－6

1.0×10

－11

mol·L

－1

二、溶液的酸碱性和pH 1．溶液的酸碱性

(1)常温下溶液的酸碱性与pH的关系 ①pH＜7，溶液呈酸性； ②pH＝7，溶液呈中性； ③pH＞7，溶液呈碱性。

(2)溶液的酸碱性与c(H)、c(OH)的关系

溶液的酸碱性取决于溶液中c(H)和c(OH)的相对大小。 ①c(H)＞c(OH)溶液呈酸性； ②c(H)＝c(OH)溶液呈中性； ③c(H)＜c(OH)溶液呈碱性。 2．pH

(1)表达式：pH＝－lg__c(H)。

(2)意义：pH越大，溶液碱性越强；pH越小，溶液酸性越强。 (3)适用范围：1×10

－14

＋

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

mol·L≤c(H)≤1 mol·L的溶液。

－1＋－1

3．溶液酸、碱性的测定方法 (1)指示剂法

该法只能测其pH的大致范围，常见指示剂变色范围为

指示剂 变色范围

石蕊 酚酞 甲基橙 pH＜5红色 pH＜8.2无色 pH＜3.1 5～8紫色 8.2～10浅红色 3.1～4.4橙色 ＞8蓝色 ＞10红色 ＞4.4黄色 红色 (2)pH试纸法

把小片试纸放在表面皿或玻璃片上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸上，试纸变色后，与标准比色卡对比，即可确定溶液的pH。 (3)pH计测量法 【合作探究】

1．判断溶液酸、碱性的标准是什么？pH＝7的溶液是否一定为中性溶液？

答案 判断溶液酸、碱性的标准是比较c(H)、c(OH)的相对大小，pH＝7的溶液不一定为中性溶液，只有在常温下pH＝7的溶液才为中性溶液，因为Kw只与温度有关，如在100 ℃时，Kw＝1.0×10

－12

＋

－

，pH＝6为中性，pH＝7应为碱性。

2．使用pH试纸应注意什么？

答案 测定溶液的pH时，pH试纸不能润湿，否则，非中性溶液的pH测定值将比实际pH大或小，用广范pH试纸测溶液的pH时，只能读整数。

一、影响水电离平衡的因素

【例1】 25 ℃时，水的电离达到平衡：H2

－

＋

＋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，pH不变 答案 B

解析 A项，向水中加入稀氨水，c(OH)增大；B项，向水中加入NaHSO4，c(H)增大，由于温度不变，Kw应不变；C项，c(H)应增大；D项，加热，Kw增大，pH减小。 【规律总结】 水的电离影响因素分析

(1)水的电离是吸热过程，温度升高促进水的电离，c(H)、c(OH)都增大，水仍呈中性。 (2)外加酸或碱，水中c(H)或c(OH)增大，抑制水的电离，水的电离程度减小，Kw不变。 ＋

－

＋

－

＋

－

＋

＋

＋

(3)活泼金属与水电离产生的H直接发生置换反应产生氢气，使水的电离平衡向右移动。 变式训练1 能影响水的电离平衡，并使溶液中的c(H)＞c(OH)的操作是( ) A．向水中投入一小块金属钠 B．将水加热煮沸 C．向水中通入CO2气体 D．向水中加食盐晶体

解析 A项中加入Na，Na与H2O反应生成NaOH，使c(OH)＞c(H)；B项中c(H)＝

－

＋

＋

＋

－

＋

c(OH－)；C项中通入CO2：CO2＋H2Oc(OH－)，故选C项。

答案 C

H2CO3，故c(H)＞c(OH)；而D项中c(H)＝

＋－＋

【例2】 在相同温度下，0.01 mol·L的NaOH溶液和0.01 mol·L的盐酸相比，下列说法正确的是( ) A．由水电离出的c(H)相等 B．由水电离出的c(H)都是1.0×10

－＋

－12

＋

－1－1

mol·L

－1

－1

C．由水电离出的c(OH)都是0.01 mol·L D．两者都促进了水的电离 答案 A

解析 二者均抑制水的电离，且抑制程度相同。由于温度不确定，故不能确定Kw的值。 【归纳总结】 理清溶液中H或OH的来源 1．常温下，中性溶液

＋

－

c(OH－)＝c(H＋)＝10－7 mol·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的盐酸溶液中由水电离出的c(H)，方法是先求出溶液中的c(OH)＝ (Kw/10)mol·L＝103．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溶液中由水电离出的c(OH)，方法是知道溶液中的c(H)＝

－

＋

＋

－

＋

－2

－1

－12

＋

－

－

＋

－

mol·L，即由水电离出的c(H)＝c(OH)＝10

－1＋－－12

mol·L。

－1

10

－12

mol·L，即由水电离出的c(OH)＝c(H)＝10

－1

－1－＋－12

mol·L。

－1

变式训练2 室温下，把1 mL 0.1 mol·L的H2SO4溶液加水稀释成2 L溶液，在此溶液中由水电离产生的H浓度接近于( ) A．1×10 mol·L B．1×10 mol·L C．1×10答案 D

解析 稀释后c(H)＝(1×10 L×0.1 mol·L×2)/(2 L)＝1×10 mol·L，c(OH)＝

＋

－3

－1

－4

－1

－

－11－4

－1

－8

－1

＋

mol·L D．1×10

－1－10

mol·L

－1

Kw

1×10 mol·L

－4

－1

＝1×10

－10

mol·L，溶液中由水电离产生的H浓度等于c(OH)。

－1＋－

二、溶液酸、碱性的判断

【例3】 下列关于溶液的酸碱性，说法正确的是( ) A．pH＝7的溶液是中性

B．中性溶液中一定有c(H)＝1.0×10 mol·L C．c(OH)＝c(H)的溶液呈中性

D．在100 ℃时，纯水的pH<7，因此显酸性

解析 A项中运用pH判断溶液的酸碱性时，用到了水的离子积常数，它与温度有关，但A项未给出温度，所以错误；在中性溶液中c(H)和c(OH)一定相等，但并不一定是1.0× 10 mol·L，所以B项错，C项正确；100 ℃的纯水中，虽然pH<7，但c(H)＝c(OH)，还是中性，所以D错误。 答案 C

【归纳总结】 溶液酸碱性的判断 (1)在25 ℃的溶液中：

pH<7，溶液呈酸性，pH越小，c(H)越大，溶液的酸性越强； pH＝7，溶液呈中性，c(H)＝c(OH)＝1.0×10 mol·L； pH>7，溶液呈碱性，pH越大，c(OH)越大，溶液的碱性越强。 (2)在任意温度下的溶液中：

－

＋

－

－7

－1

＋

－7

－1

＋

－

＋

－

－

＋

＋

－7

－1

c(H＋)>c(OH－)，溶液呈酸性； c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性； c(H＋)用c(H)、c(OH)的相对大小来判断溶液酸碱性，则不受温度影响。 ＋

－

变式训练3 下列溶液一定显酸性的是( ) A．溶液中c(OH)>c(H)

B．滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液 C．溶液中c(H)＝10 mol·L D．pH<7的溶液 答案 B

解析 判断溶液酸碱性的关键是看c(H)和c(OH)的相对大小，若c(H)>c(OH)，溶液呈酸性；而pH<7或c(H)>10 mol·L，仅适用于常温时，若温度不确定，就不能用来判断溶液的酸碱性。B项中可使紫色石蕊溶液变红，则该溶液为酸性。

＋

－7

－1

＋

－

＋

－

＋

－6

－1

－

＋

1．下列说法正确的是( ) A．水的电离方程式：H2O===H＋OH B．升高温度，水的电离程度增大 C．在NaOH溶液中没有H D．在HCl溶液中没有OH 答案 B

解析 水是极弱电解质，只有少部分电离，应用“

表示，故A错；水的电离是吸热的，

－

＋

－＋

＋

－

所以升高温度，电离程度增大，B正确；在NaOH溶液中c(OH)>c(H)，在HCl溶液中

c(OH－)2．常温下，某溶液中由水电离出来的c(H)＝1.0×10

＋

－13

mol·L，该溶液可能是( )

－1

①二氧化硫的水溶液 ②氯化钠水溶液 ③钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液 A．①④ B．①② C．②③ D．③④ 答案 A

解析 某溶液中由水电离出来的c(H)＝1.0×10可能呈碱性。①SO2＋H2O

＋

－

＋

－13

mol·L，说明溶液既可能呈酸性，也

＋

－

－1

H2SO3，H2SO3HSO3＋H，HSO3

－

SO3＋H，溶液呈酸性；

2－＋

④NaOH===Na＋OH，溶液呈碱性。

3．下列操作能使水的电离平衡发生移动，且c(H)＞c(OH)是( ) A．向水中投入一小块金属钠 B．将水加热煮沸 C．向水中通入CO2气体 D．向水中加食盐晶体

＋

－

答案 C

解析 A项中加入的钠与H2O反应生成NaOH，使c(OH)＞c(H)；B项中c(H)＝c(OH)；C项中通入CO2：CO2＋H2O项。

4．下列溶液一定显酸性的是( ) A．含H的溶液 B．c(OH)D．能与金属Al反应放出H2的溶液 答案 B

解析 溶液中的酸碱性取决于溶液中c(H)与c(OH)的相对大小；25 ℃时pH<7的溶液才是酸性溶液；与Al反应放出H2的溶液可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液。 5．下列有关溶液的酸碱性与pH的说法错误的是( ) A．相同条件下，溶液pH越小，酸性越强，反之，碱性越强 B．pH<7的溶液，可能呈酸性

C．当溶液中的c(H)或c(OH)较小时，用pH表示其酸碱性更为方便 D．把pH试纸直接插入待测溶液中，测其pH 答案 D

解析 A项因pH＝－lgc(H)，所以pH越小，c(H)越大，酸性越强，pH越大，c(H)越小，则c(OH)越大，碱性越强，A项正确；B项在室温下，pH<7的溶液呈酸性，B项正确；C项当c(H)或c(OH)小于1 mol·L时，使用pH表示其酸碱性更为方便，故C项正确；D项用pH试纸测溶液pH时，不能把pH试纸直接插入溶液中，正确的做法为取一小片pH试纸，放在洁净的表面皿上或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液点于试纸，然后与标准比色卡对照读取数据，所以D项错误。

＋

－

－1

－

＋

＋

＋

＋

－

＋

－

－

＋

＋

－

＋

＋

－

H2CO3，故c(H)＞c(OH)；而D项中c(H)＝c(OH)，故选C

＋－＋－

[基础过关]

一、水的离子积的应用 1．如果25 ℃时，Kw＝1.0×10A．T ℃时的电离常数较大

－14

，T ℃时，Kw＝1.0×10

－12

。这说明( )

B．前者的c(H)较后者大 C．水的电离过程是一个放热过程 D．Kw和K电离无直接关系 答案 A

解析 由Kw导出过程可知，Kw和K电离是有直接关系的两个量[Kw＝K电离·c(H2O)]。 2．水的电离过程为H2

＋

＋

＋OH，在25 ℃时，水的离子积Kw＝1.0×10

－14

－－14

，在35 ℃时，

水的离子积Kw(35 ℃)＝2.1×10

＋

，则下列叙述正确的是( )

A．c(H)随着温度的升高而降低 B．35 ℃时，c(H)C．35 ℃时的水比25 ℃时的水电离程度小 D．水的电离是吸热的 答案 D

解析 由题中条件可以看出，温度升高时，Kw增大。25 ℃时，c(H)＝c(OH)＝1×10 mol· L；35 ℃时，c(H)＝c(OH)≈1.45×10 mol·L。温度升高，c(H) 和 c(OH) 都增大，且始终相等，水的电离程度也增大，因温度升高平衡向正反应方向移动，故水的电离为吸热反应。

3．25 ℃时，在0.01 mol·L的硫酸溶液中，水电离出的H浓度是( ) A．5×10

－13

－1

＋

－1

＋

－

－7

－1

＋

－

＋

－

－7

＋

－

mol·L B．0.02 mol·L

－1

－12

－1－1

C．1×10 mol·L D．1×10答案 A

－7

mol·L

－1

解析 H2SO4电离出的c(H)＝0.02 mol·L，由Kw＝1.0×101010

－13

－1

－

＋－1－14

可知c(OH)＝5×

－

－

mol·L，OH是由水电离产生的，则水电离产生的c(H)＝c(OH)＝5× mol·L。

＋

－7

－1

－

－1

＋

－13

4．在某温度时，测得纯水中的 c(H)＝2.0×10 mol·L，则 c(OH)为( ) A．2.0×10 mol·L B．0.1×10 mol·L 1.0×10－1C.－7 mol·L D．无法确定 2.0×10答案 A

解析 根据水的电离方程式H2O

H＋OH可知，无论在何种条件下，纯水中水电离出的

＋

－

－14－7

－1

－7

－1

c(H＋)＝c(OH－)，故答案为A。

二、水的电离平衡移动

5．向纯水中加入少量NaHSO4，在温度不变时，溶液中( ) A．c(H)/c(OH)增大 B．c(H)减小

C．水中c(H)与c(OH)的乘积增大 D．c(OH)增大 答案 A

解析 水存在电离平衡：H2O

H＋OH，加入NaHSO4，c(H)增大，c(OH)减小，

＋

－

＋

－

－

＋

－

＋＋

－

c(H＋)·c(OH－)不变，c(H＋)/c(OH－)增大。

6．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 答案 D

解析 水的电离是一个吸热过程，高温有利于其电离，c(H)增大，c(OH)增大，所以其离子积增大，pH减小，但c(H)＝c(OH)，所以纯水仍呈中性，选D。 7．下列关于水的电离平衡的相关说法正确的是( ) A．c(H)＝Kw的溶液一定呈中性

B．将水加热，Kw增大，pH不变，仍呈中性

C．向水中加入少量硫酸氢钠固体，溶液的c(H)增大，平衡逆向移动，Kw减小 D．向0.1 mol·L醋酸溶液中加水，溶液中水电离产生的c(H)将减小 答案 A

解析 A项正确，c(H)＝Kw说明c(H)＝c(OH)，溶液呈中性；B项错误，水电离是吸热，加热Kw增大，pH减小但仍呈中性；C项错误，加入的硫酸氢钠固体电离：NaHSO4===Na＋H

2－

＋

＋

＋

＋

＋

－

－1

＋

＋

＋

＋

－

＋

－

＋SO4，大量H加入使水的电离平衡逆向移动，但Kw保持不变；D项错误，随着稀释的进行，醋酸对水的电离的抑制越来越小，所以水电离产生的c(H)将增大。 三、溶液酸碱性的判断 8．下列说法正确的是( ) A．强酸的水溶液中不存在OH

－

＋

B．pH＝0的溶液是酸性最强的溶液

C．在温度不变时，水溶液中c(H)和c(OH)不能同时增大 D．某温度下，纯水中c(H)＝2×10 mol·L，其呈酸性 答案 C

解析 在酸性或碱性水溶液中均存在H和OH，所以A错；pH＝0的溶液中c(H)＝ 1.0 mol·L，并不是酸性最强的溶液，只是c(H)>1.0 mol·L的溶液用pH表示酸性强弱不再方便，故B错；在温度一定时，c(H)·c(OH)＝Kw是一个定值，故二者不能同时增大，故C对；纯水中，c(H)＝c(OH)，呈中性，所以D错误。 9．25 ℃时的下列溶液中，碱性最强的是( ) A．pH＝11的溶液

B．c(OH)＝0.12 mol·L C．1 L中含有4 g NaOH的溶液 D．c(H)＝1×10答案 B

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1×10mol·L、0.1 mol·L、1× 10mol·L，所以B中溶液的c(OH)最大，碱性最强。 10．用试纸测定溶液酸碱性的正确操作是( )

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．将一小条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．将一小条试纸先用蒸馏水润湿后，在待测液中蘸一下，取出后与标准比色卡对照 答案 A

解析 pH试纸使用方法：把一小块试纸放在表面皿或玻璃片上，用蘸有待测液的玻璃棒点在试纸的中部，随即(30 s内)用标准比色卡与之对照，确定溶液的pH。pH试纸不能用水润湿，若用水湿润会使溶液变稀，使测定结果可能产生误差。 [能力提升] 11．回答下列问题：

－4

－1

－

－

－3

－1

－1

＋

－

＋

－10

－

－1＋

－

＋

－

－1

＋

－1

＋

－

＋

＋

－7

－1

＋

－

mol·L的溶液

－1

(1)某温度(t ℃)时，水的Kw＝1×10其

理

－12

，则该温度____25 ℃(填“>”、“<”或“＝”)，

由

是

________________________________________________________________________。 (2)该温度下，c(H)＝1×10 mol·L的溶液呈______(填“酸性”、“碱性”或“中性”)；若该溶液中只存在NaOH溶质，则由H2O电离出来的c(OH)＝______________mol·L。 答案 (1)> 升温促进水电离，Kw增大 (2)碱性 1×10

解析 (1)升高温度，Kw增大，现Kw＝1×10

－12

－

－12

－7

－

－1

＋

－7

－1

>1×10

－14

，因此温度大于25 ℃。

1×10－5－1－＋(2)该温度下该溶液中c(OH)＝ mol·L，因为c(OH)>c(H)，所以溶－7＝1×10

1×10液呈碱性；NaOH溶液中由水电离出来的c(OH)等于溶液中的c(H)，即为1×10 mol· L。

12．在水的电离平衡中，c(H)和c(OH)的关系如图所示：

＋

－

－1

－

＋

－7

(1)A点水的离子积为1×10

－14

，B点水的离子积为_______________________________

_________________________________________。

造成水的离子积变化的原因是___________________________________________________。 (2)100 ℃时，若向溶液中滴加盐酸，能否使体系处于B点位置？为什么？________________________________________________________________________。 (3)100 ℃时，若盐酸中c(H)＝5×10 mol·L，则由水电离产生的c(H)＝________。 答案 (1)1×10大

(2)否，在盐酸中c(H)≠c(OH)，所以不可能处于B点 (3)2×10 mol·L [拓展探究]

－9

－1

＋

－

－12

＋

－4

－1

＋

水的电离过程是吸热过程，温度升高，水的电离程度增大，即离子积增

13．某同学为探究Kw的影响因素，做了如下探究。 (1)查阅资料，不同温度下水的离子积常数。

t/℃ Kw/10－14 0 0.134 10 0.292 20 0.681 25 1.01 40 2.92 50 5.47 90 38.0 100 55.0 由此推出：随着温度的升高，Kw的值________；水的电离程度________；水的电离平衡向________移动，水的电离过程是________过程。

(2)取三只烧杯A、B、C，分别加入适量水，再向B、C烧杯中分别加入适量盐酸和NaOH，分析并填写下表：

加少量 纯水 加少量盐酸 NaOH c(H＋) 1.0×10mol·L－7－－17 增大 c(OH－) c(H＋)和 c(OH－)大小比较 水的电离平衡1.0×10 mol·L1－ 增大 c(H＋)＝ c(OH－) c(H＋)____ c(OH－) c(H＋)____ c(OH－) 移动方向 －14 Kw值 综上所述，可得出如下结论：

1.0×10 ①温度、________、________均能影响水的电离平衡。 ②Kw只受________的影响，而与其他因素无关。

答案 (1)增大 增大 右 吸热 (2)(从左到右，从上到下)减小 减小 ＞ ＜ 向左 向左 1.0×10

－14

1.0×10

－14

① 酸 碱 ②温度