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3.2.1水的电离、溶液的酸碱性与pH 学案(含答案)

1、第二节第二节 水的电离和溶液的水的电离和溶液的 pH 第第 1 课时课时 水的电离、溶液的酸碱性与水的电离、溶液的酸碱性与 pH 【课程标准要求】 1.了解水的电离、了解水的离子积常数。 2.认识溶液酸碱性及 pH,掌握检测溶液 pH 方法。 3.能进行溶液 pH 的简单计算。 一、水的电离 1.水的电离 水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离,过程示意图如下: 即电离方程式为 H2OH2OH3O OH, 简写为:H2OH OH。 2.水的离子积(Kw) (1)概念:在一定温度下,当水的电离达到平衡时,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,用 Kw表示

2、。 即 Kwc(H ) c(OH)。 (2)常温(25 )下,Kw10 14。 (3)影响因素: 不同温度下水的离子积常数 t/ 0 10 20 25 40 50 90 100 Kw/ (10 14) 0.115 0.296 0.687 1.01 2.87 5.31 37.1 54.5 Kw是一个与温度有关的常数,温度升高,Kw增大。 酸、 碱都能使水的电离平衡逆向移动, 抑制水的电离, 只要温度不变, Kw不变。 【微自测】 1.判断下列说法的正误(正确的打“” ,错误的打“”) (1)任何水溶液中均存在 H 和 OH,且水电离出的 c(H)和 c(OH)相等() (2)某温度下,纯水中 c

3、(H )1106 mol/L,此时 c(OH)107 mol/L() (3)t 时,纯水中 c(OH )1106.5 mol/L,则 t 时 K w110 13() (4)升高温度,水的电离程度增大,Kw也增大() (5)向水中加入酸或碱,都可抑制水的电离,使水的离子积减小() 二、溶液的酸碱性与 pH 1.溶液的酸碱性 (1)讨论探究(常温下,利用平衡移动原理分析完成下表): 体系 c(H )变化 c(OH )变化 c(H )与c(OH)的关 系 纯水 c(H )c(OH) 纯水中加入 少量盐酸 增大 减小 c(H )c(OH) 纯水中加入少量 氢氧化钠溶液 减小 增大 c(H )c(OH)

4、 (2)结论: 【微自测】 2.下列溶液一定呈中性的是( ) A.pH7 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 答案 B 解析 pH7,只说明溶液中 c(H )107 mol L1,当温度高于 25 时,中性溶 液中的 c(H )107 mol L1,即 pHc(OH),溶液呈酸性;若 c(OH)c(H),溶液呈碱性;只有当 c(H )c(OH)时,溶液才呈中性,故 B 项正确,C 项错误。非电解质溶于水得到 的溶液可能呈酸性或碱性,如 SO2溶于水生成 H2SO3,溶液呈酸性,NH3溶于水 生成 NH3 H2O,溶液呈

5、碱性,故 D 项错误。 2.溶液的 pH (1)c(H )、pH 与溶液酸碱性的关系 25 时,溶液中 c(H )、pH 与酸碱性的关系如图所示: (2)pH (3)溶液酸碱性的测量 pH 试纸 pH 计 pH 计精确度高,可直接从仪器中读数。 (4)pH 的应用 医学上血液的 pH 是诊断疾病的一个重要参数。 人体健康调节:如洗发时人们用的护发素主要功能是调节头发的 pH 使之达到 适宜的酸碱度。 环保领域中测定酸性或碱性废水的 pH,利用中和反应进行处理。 在农业生产中调节土壤的 pH,更适宜农作物生长。 在科学实验和工业生产中,溶液的 pH 是影响实验结果或产品质量、产量的一 个关键因素

6、。 【微自测】 3.判断下列说法的正误(正确的打“”,错误的打“”) (1)任何温度下,利用 H 和 OH浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性() (2)某溶液的 c(H )107 mol L1,则该溶液呈酸性() (3)某溶液的 pH7,该溶液一定显中性() (4)t 时 Kw1.010 12,0.01 mol L1 盐酸的 pH2,0.01 mol L 1 的 NaOH 溶 液的 pH10() (5)用蒸馏水润湿的 pH 试纸测溶液的 pH,一定会使结果偏低() (6)用广泛 pH 试纸测得某溶液的 pH 为 3.4() 一、水电离的影响因素及计算一、水电离的影响因素及计算 【活动探究】 结

7、合勒夏特列原理,通过实验探究外界条件对水的电离的影响,交流讨论。 (1)实验中升高温度,对水的电离、电离产生的 c(H )及 K w有什么影响? 提示:升高温度促进水的电离,电离产生的 c(H )增大,K w增大。 (2)实验、中滴加 NaOH 溶液、盐酸分别对水的电离及 Kw有什么影响? 提示:NaOH 溶液、盐酸均抑制水的电离,Kw不变。 (3)实验中加入金属钠对水的电离有什么影响?溶液的酸碱性如何变化? 提示:促进水的电离;溶液由中性变为碱性。 (4)常温下,0.1 mol/L 盐酸和 0.01 mol/L NaOH 溶液中由水电离出的 c(H )分别是 多少? 提示:0.1 mol/L

8、 盐酸的 c(H )0.1 mol/L,c(OH) Kw c(H )10 14 0.1 mol/L10 13 mol/L,由水电离出的 c(H) 水c(OH )1013 mol/L;0.01 mol/L NaOH 溶液的 c(OH )102 mol/L,c(H) 水 Kw c(OH ) 10 14 10 2 mol/L10 12 mol/L。 【核心归纳】 1.影响水电离的因素 水的电离平衡 H2O H OH H0 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

9、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 2.理解 Kw应注意的几个问题 (1)Kw揭示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,H 和 OH共存,只是相对含 量不同而已。 (2)Kw只与温度有关。 因为水的电离是吸热过程, 所以温度升高, 有利于水的电离, Kw增大,如 100 ,Kw5.510 13。但是在室温下,K w为 1.010 14。 (3)Kw不仅适用于纯水, 还适用于酸、 碱的稀溶液, 且由水电离的 c(H ) 水c(OH ) 水。此时,水溶液中水的离子积常数不变。 3.水电离产生的 c(H )或 c(OH)的计算(25 ) (1)等量关系 无论是纯

10、水,还是酸性(或碱性)溶液,由水的电离产生的 c(H ) 水c(OH ) 水 (2)定量关系 任何电解质稀溶液中都存在 Kwc(H ) c(OH) 稀酸溶液OH 全部来自于水的电离,水电离产生的 c(H) 水c(OH ) 水 Kw c(H )。 稀碱溶液H 全部来自于水的电离,水电离产生的 c(H) 水c(OH ) 水 Kw c(OH )。 【实践应用】 1.常温下,某溶液中由水电离出来的 c(H )1.01012 mol L1,该溶液可能是 ( ) 二氧化硫的水溶液 氯化钠溶液 硝酸钠溶液 氨水 A. B. C. D. 答案 A 解析 由水电离出来的 c(H )1.01012 mol L1,

11、说明水的电离受到抑制,溶 液既可能呈酸性,也可能呈碱性。SO2H2OH2SO3,H2SO3HSO 3H ,HSO 3 SO2 3H ,溶液呈酸性,抑制水的电离,符合;氯化钠对水的电 离无影响,不符合;硝酸钠对水的电离无影响,不符合;氨水中的一水合氨 部分电离,溶液呈碱性,对水的电离起抑制作用,符合。 2.25 时,0.005 mol/L H2SO4溶液中由水电离出的 H 的浓度是( ) A.110 14 mol/L B.110 2 mol/L C.110 7 mol/L D.110 12 mol/L 答案 D 解析 0.005 mol/L H2SO4溶液中 c(H )0.005 mol/L20

12、.01 mol/L, 由水电离出 的 c(H )c(OH) Kw c(H )10 14 10 2mol/L10 12 mol/L。 二、溶液二、溶液 pH 的计算的计算 【核心归纳】 溶液 pH 的计算方法 1.单一溶液 pH 的计算 (1)强酸溶液, 如 HnA 溶液, 设溶质的物质的量浓度为 c mol L 1, c(H)nc mol L 1,pHlgc(H)lg nc。 (2)强碱溶液,如 B(OH)n溶液,设溶质的物质的量浓度为 c mol L 1,c(OH)nc mol L 1,c(H) Kw c(OH )10 14 nc mol L 1,pHlg c(H)14lg nc。 计算思路

13、:碱 电离 OH Kw/c(OH ) c(H )pH 2.两强酸混合后 pH 的计算 由 c(H ) 混c 1(H )V 1c2(H )V 2 V1V2 先求出混合后的 c(H ) 混,再根据公式 pH lg c(H )求 pH。若两强酸溶液等体积混合,可采用速算方法:混合后溶液的 pH 等于混合前溶液 pH 小的加 0.3。如 pH3 和 pH5 的盐酸等体积混合后,pH 3.3。 3.两强碱混合后 pH 的计算 由 c(OH ) 混c 1(OH )V 1c2(OH )V 2 V1V2 先求出混合后的 c(OH ) 混,再通过 Kw 求出混合后的 c(H ),最后求 pH。若两强碱溶液等体积

14、混合,可采用速算方法: 混合后溶液的 pH 等于混合前溶液 pH 大的减 0.3。如 pH9 和 pH11 的烧碱溶 液等体积混合后,pH10.7。 4.强酸、强碱混合后溶液 pH 的计算方法 (1)若强酸、强碱混合恰好完全反应,则混合后溶液的 pH7(25 )。 (2)若酸过量, 直接求反应后溶液中的c混(H ), c 混(H )c(H )V 酸c(OH )V 碱 V酸V碱 。 (3)若碱过量,应先求混合后溶液中的 c 混(OH ),再求 c 混(H ),c 混(OH ) c(OH )V 碱c(H )V 酸 V酸V碱 ,c混(H ) Kw c混(OH )。 计算思路: 按“谁过量就先求谁”的

15、原则, 即酸过量先求 c(H ), 碱过量先求 c(OH )进行计算。 一定 pH 的强酸或强碱混合后求 pH,在计算过程中易出现直接求 H 浓度进行混 合计算的错误。因为强碱溶液的混合可以认为是 OH 的混合,不能直接用于混合 碱溶液 pH 的计算,H 浓度必须通过 c(H) Kw c(OH )求。如常温下,pH10 和 pH12 的 NaOH 溶液等体积混合: c(H )10 10110121 11 mol/L510 11 mol/L pHlg c(H )lg 5101110.3 以上计算过程是错误的。 【实践应用】 计算常温下单一溶液的 pH。 (1)0.05 mol/L H2SO4溶液

16、的 pH_; (2)0.05 mol/L Ba(OH)2溶液的 pH_。 (3)已知常温下,0.1 mol/L CH3COOH 溶液的 Ka110 5,则该溶液的 pH _。 答案 (1)1 (2)13 (3)3 解析 (1)c(H )0.05 mol/L20.1 mol/L,pHlg 0.11。 (2)c(OH )0.05 mol/L20.1 mol/L,c(H) Kw c(OH )10 13 mol/L,pH lg c(H )13。 (3)c(H ) K a c 10 50.1 mol/L103 mol/L,pHlg c(H)3。 核心体系建构 1.下列说法中,正确的是( ) A.在任何条

17、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 107 mol L1 答案 B 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 107 mol L 1,pH 小于 7,C 错误,D 错误。 2.已知在t1、 t2温度下水的电离平衡曲线如图所示, 则下列说法中不正确的是( ) A.t17 若为弱酸与强碱,则pH14,则溶液呈碱性,pH 混7 若混合前ab1

18、4,则溶液呈中性,pH混7 若混合前ab14,则溶液呈酸性,pH混14,则V酸V碱10a b141 若ab7 B.若 10 xy,且 ab13,则 pH7 C.若 axby;且 ab13,则 pH7 D.若 x10y,且 ab14,则 pH7 答案 D 解析 n(OH ) n(H )c(OH ) x mL c(H ) y mLx y 10a 14 10 bx y 10 ab14, xy, 则 n(OH)n(H ),pH7,A 项错误;若 ab13,10 xy,则n(OH ) n(H )x y 10 ab14 1 100, 溶液呈酸性,pH7,B 项错误;若 axby 且 ab13,则n(OH

19、) n(H )x y 10 ab 14 b 10a1(ab),故 pH7,C 项错误;若 x10y,且 ab14,则 n(OH ) n(H ) 10,pH7,D 项正确。 3.(1)常温下,pH13 的 Ba(OH)2溶液 a L 与 pH3 的 H2SO4溶液 b L 混合(混合 后溶液体积变化忽略不计)。 若所得混合溶液呈中性,则 ab_。 若所得混合溶液的 pH12,则 ab_。 (2)在一定温度下(Kw110 13), 将 pHa 的 NaOH 溶液 V 1 L 与 pHb 的 H2SO4 溶液 V2 L 混合。 若所得混合液为中性,且 a12,b2,则 V1V2_。 若所得混合液的

20、pH10,且 a12,b2,则 V1V2_。 答案 (1)1100 1190 (2)110 19 解析 (1)若混合溶液呈中性,则 0.1a10 3b,ab1100;若混合溶液的 pH 12,则 c(OH )0.1a10 3b ab mol L 10.01 mol L11,ab1190。(2)该温 度下,Kw110 13,若混合溶液呈中性,则 1013a V 110 b V 2,将 a12, b2 代入,得 V1V2110。若混合溶液 pH10,则呈碱性,c混(OH ) Kw c(H )10 3 mol L1,而 c 混(OH )10 13a V 110 b V 2 V1V2 mol L 1,将 a12, b2 代入,得 V1V219。