通用版版高中化学第三章水溶液中的离子平衡第二节水的电离和溶液的酸碱性第1课时溶液的酸碱性与pH.docx

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通用版版高中化学第三章水溶液中的离子平衡第二节水的电离和溶液的酸碱性第1课时溶液的酸碱性与pH

第1课时 溶液的酸碱性与pH

[学习目标定位] 1.了解水的电离平衡及其影响因素,知道水的离子积常数的表达式及其应用。

2.了解溶液的酸碱性与pH的关系。

一、水的电离

1.水的电离

(1)电离方程式是H2OH++OH-或H2O+H2OH3O++OH-。

(2)电离常数表达式K电离=

(3)请根据水的电离常数表达式,推导写出离子积常数的表达式Kw=c(H+)·c(OH-)。

(4)常温下,水的离子积常数Kw=1.0×10-14,

①纯水中c(H+)=1.0×10-7mol·L-1;

②某酸溶液中c(H+)=1.0×10-4mol·L-1,则该溶液中c(OH-)=1.0×10-10mol·L-1。

2.水的电离的影响因素

分析下列条件的改变对水的电离平衡H2OH++OH-的影响,并填写下表:

改变条件

平衡移

动方向

溶液中

c(H+)

溶液中

c(OH-)

pH

溶液的

酸碱性

Kw

升高温度

右移

增大

增大

减小

中性

增大

加入酸

左移

增大

减小

减小

酸性

不变

加入碱

左移

减小

增大

增大

碱性

不变

加入活泼

金属(如Na)

右移

减小

增大

增大

碱性

不变

(1)常温时,Kw=1.0×10-14,不仅适用于纯水,还适用于酸、碱的稀溶液。

(2)不同溶液中,c(H+)、c(OH-)可能不同,但任何溶液中由水电离出的c(H+)与c(OH-)总是相等的。

(3)Kw只与温度有关,温度升高,Kw增大。

例1 (2017·浙江慈溪中学高二月考)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

答案 B

解析 A项,加入稀氨水,NH3·H2O存在电离平衡:

NH3·H2ONH

+OH-,c(OH-)增大,使水的电离平衡逆向移动,错误;B项,加入NaHSO4,NaHSO4在水溶液中电离:

NaHSO4===Na++H++SO

,c(H+)增大,使水的电离平衡逆向移动,由于温度不变,Kw不变,正确;C项,CH3COOHCH3COO-+H+,使c(H+)增大,使水的电离平衡逆向移动,错误;D项,升温,Kw增大,c(H+)增大,错误。

考点 水的电离

题点 条件改变对水的电离平衡的影响

规律方法 

(1)向水中加入电离产生H+或OH-的物质,抑制水的电离。

(2)向水中加入消耗H+或OH-的物质,促进水的电离。

例2 某温度下,纯水的c(H+)=2×10-7mol·L-1,则此时c(OH-)为________mol·L-1;若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4mol·L-1,则溶液中c(OH-)为________mol·L-1,由水电离产生的c(H+)为________mol·L-1,此时温度________(填“高于”“低于”或“等于”)25℃。

答案 2×10-7 8×10-11 8×10-11 高于

解析 纯水电离出的c(H+)=c(OH-)=2×10-7mol·L-1,故Kw=4×10-14>1×10-14,故此时温度高于25℃。

温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4mol·L-1,则溶液中c(OH-)=

mol·L-1=8×10-11mol·L-1=c(OH-)水。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

二、溶液的酸碱性与pH

1.溶液的酸碱性是由溶液中c(H+)与c(OH-)的相对大小决定的。

请填写下表:

c(H+)与c(OH-)

相对大小

c(H+)/mol·L-1

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pH

(1)定义:

pH是c(H+)的负对数,其表达式是pH=-lgc(H+)。

(2)水溶液的pH、c(H+)及酸碱性的关系,如下图所示

25℃时:

(3)溶液酸碱性的测定方法

①酸碱指示剂法(只能测定溶液的pH范围):

常见酸碱指示剂的变色范围:

指示剂

变色范围(颜色与pH的关系)

石蕊

<5.0红色

5.0~8.0紫色

>8.0蓝色

酚酞

<8.2无色

8.2~10.0浅红色

>10.0红色

甲基橙

<3.1红色

3.1~4.4橙色

>4.4黄色

②利用pH试纸测定。

使用pH试纸的正确操作为取一小块pH试纸于干燥洁净的玻璃片或表面皿上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取试液点在试纸上,当试纸颜色变化稳定后迅速与标准比色卡对照,读出pH。

③利用pH计测定。

仪器pH计可精确测定试液的pH(读至小数点后2位)。

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-)=1.0×10-7mol·L-1;

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:

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。

例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+)=10-6mol·L-1

D.常温时,溶液中由水电离的c(H+)=10-9mol·L-1

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+)>10-7mol·L-1溶液呈酸性,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;D项中水电离的c(H+)<10-7mol·L-1,说明向水中加入了抑制水电离的酸或者是碱,溶液的酸碱性不能确定。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

例4 李同学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)该学生的操作是________(填“正确的”或“错误的”),其理由是_____________

________________________________________________________________________。

(2)如不正确,请分析是否一定有误差:

________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)若用此法分别测定c(H+)相等的盐酸和醋酸溶液的pH,误差较大的是________,原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案 

(1)错误的 用湿润的pH试纸来测定溶液的pH,相当于将溶液稀释了,测出的不是原溶液的pH,若溶液不显中性,就会产生误差

(2)不一定有误差,当溶液为中性时则不产生误差

(3)盐酸的pH 因为在稀释过程中醋酸继续电离产生H+,使醋酸溶液中c(H+)受到的影响比盐酸溶液中的小,故误差较小

解析 用蒸馏水润湿pH试纸的操作是错误的,会使测定的溶液被稀释。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法溶液酸碱性的实验测定

1.纯水在25℃和80℃时,c(H+)前后大小关系及酸碱性分别是(  )

A.大于 弱酸性B.等于 都显中性

C.小于 弱酸性D.小于 都显中性

答案 D

解析 Kw随温度升高而增大,纯水中c(H+)也随温度升高而增大,但仍等于c(OH-),显中性。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

2.向纯水中加入少量NaHSO4固体,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:

H2OH++OH-,加入NaHSO4固体,c(H+)增大,c(OH-)减小,c(H+)·c(OH-)不变,c(H+)/c(OH-)增大。

考点 水的电离

题点 条件改变对水的电离平衡的影响

3.常温下,某溶液中由水电离出来的c(H+)=1.0×10-11mol·L-1,该溶液可能是(  )

①二氧化硫的水溶液 ②氯化钠水溶液 ③硝酸钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液

A.①④B.①②C.②③D.③④

答案 A

解析 某溶液中由水电离出来的c(H+)=1.0×10-11mol·L-1,说明溶液既可能呈酸性,也可能呈碱性。

①SO2+H2OH2SO3,H2SO3HSO

+H+,HSO

SO

+H+,溶液呈酸性;④NaOH===Na++OH-,溶液呈碱性。

考点 水的电离

题点 条件改变对水的电离平衡的影响

4.用pH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试纸的使用方法:

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(30s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,若用水润湿会使溶液变稀,使测定结果可能产生误差。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的实验测定

5.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,水的电离被促进的是______(填序号,下同),水的电离被抑制的是________,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________。

(2)从②和③溶液中水的电离程度相等,进而可推出的结论是:

同一温度下,______________________________时,水的电离度相等。

答案 

(1)① ②③④ ② ③④

(2)酸溶液中的c(H+)等于碱溶液中的c(OH-)

解析 水的电离过程吸热,升温,促进水的电离,酸或碱抑制水的电离;强酸溶液中,由于酸电离出的c(H+)远大于水电离出的c(H+),酸电离的c(H+)可看成溶液中的c(H+);强碱溶液中,由于碱电离的c(OH-)远大于水电离的c(OH-),碱电离的c(OH-)可看成溶液中的c(OH-)。

考点 水的电离

题点 水的电离平衡的综合

[对点训练]

题组一 水的电离平衡及影响因素

1.下列关于水的离子积常数的叙述中,正确的是(  )

A.因为水的离子积常数的表达式是Kw=c(H+)·c(OH-),所以Kw随溶液中c(H+)和c(OH-)的变化而变化

B.水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K电离是同一个物理量

C.水的离子积常数仅仅是温度的函数,随着温度的变化而变化

D.水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K电离是两个没有任何关系的物理量

答案 C

解析 水的离子积常数Kw=K电离·c(H2O),一定温度下K电离和c(H2O)都是不变的常数,所以Kw仅仅是温度的函数。

水的离子积常数的表达式是Kw=c(H+)·c(OH-),但是只要温度一定,Kw就是不变的常数。

溶液中H+的浓度变大,则OH-的浓度变小,反之亦然。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

2.水的电离过程为H2OH++OH-,在25℃时,水的离子积Kw=1.0×10-14;在35℃时,水的离子积Kw=2.1×10-14。

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(OH-)

C.35℃时的水比25℃时的水电离程度小

D.水的电离是吸热过程

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-)=1×10-7mol·L-1;35℃时,c(H+)=c(OH-)≈1.45×10-7mol·L-1。

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方向移动,故水的电离为吸热过程。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

3.(2017·西安铁一中)与纯水的电离相似,液氨中也存在微弱的电离:

2NH3NH

+NH

据此判断,以下叙述错误的是(  )

A.液氨中含有NH3、NH

、NH

等粒子

B.一定温度下,液氨中c(NH

)·c(NH

)是定值

C.液氨中电离达到平衡时c(NH3)=c(NH

)=c(NH

D.只要不加入其他物质,液氨中c(NH

)=c(NH

答案 C

解析 液氨中存在电离平衡,所以液氨中含有NH3、NH

、NH

等粒子,A项正确;液氨中c(NH

)与c(NH

)的乘积只与温度有关,与溶液的浓度无关,所以只要温度一定,液氨中c(NH

)与c(NH

)的乘积为定值,B项正确;液氨的电离是微弱的,所以液氨中电离达到平衡时,c(NH

)=c(NH

)<c(NH3),C项错误;只要不加入其他物质,液氨电离出的NH

和NH

的物质的量就相等,因为溶液的体积一定,所以c(NH

)=c(NH

),D项正确。

考点 水的电离

题点 条件改变对水的电离平衡的影响

4.下列曲线中,可以描述0.1mol·L-1乙酸(甲,Ka=1.8×10-5)和0.1mol·L-1氯乙酸(乙,Ka=1.4×10-3)的水溶液中,水电离出的c(H+)与加入水体积V的关系正确的(  )

答案 C

解析 乙酸Ka小于氯乙酸Ka,所以0.1mol·L-1乙酸溶液中的c(H+)小于0.1mol·L-1氯乙酸溶液中的c(H+),故由水电离出的c(H+)H2O乙酸溶液中的大,加水稀释,两种酸溶液中的c(H+)减小,水的电离程度增大,c(H+)H2O增大,故选C。

题组二 溶液的酸碱性与pH

5.下列溶液一定显酸性的是(  )

A.含H+的溶液

B.c(OH-)

C.pH<7的溶液

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。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

6.(2017·云和县校级月考)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.中性溶液中一定存在:

c(H+)=1.0×10-7mol·L-1

C.c(H+)=c(OH-)的溶液呈中性

D.在100℃时,纯水的pH<7,因此显酸性

答案 C

解析 溶液的酸碱性取决于溶液中H+浓度与OH-浓度的相对大小。

利用pH值、c(H+)或c(OH-)具体数值判断时应该注意温度的影响。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

7.下列叙述正确的是(  )

A.无论是纯水,还是酸性、碱性或中性稀溶液,在常温下,其c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14

B.c(H+)=1.0×10-7mol·L-1的溶液一定是中性溶液

C.0.2mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)是0.1mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)的2倍

D.任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱

答案 A

解析 Kw=c(H+)·c(OH-),且Kw只与温度有关,所以常温下,无论是纯水,还是酸性、碱性或中性稀溶液中,其Kw=1.0×10-14;在温度不确定时,中性溶液中的c(H+)不一定等于1.0×10-7mol·L-1;0.2mol·L-1CH3COOH溶液中的CH3COOH电离程度比0.1mol·L-1CH3COOH溶液中的CH3COOH电离程度小,所以0.2mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)小于0.1mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)的2倍;当c(H+)或c(OH-)大于1mol·L-1时,用pH表示溶液的酸碱性就不简便了,所以,当c(H+)或c(OH-)大于1mol·L-1时,一般不用pH表示溶液的酸碱性,而是直接用c(H+)或c(OH-)来表示。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

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的溶液

C.含有4gNaOH的1L溶液

D.c(H+)=1×10-10mol·L-1的溶液

答案 B

解析 A项,c(OH-)=10-3mol·L-1;B项,c(OH-)=0.12mol·L-1;C项,c(OH-)=0.1mol·L-1;D项,c(OH-)=10-4mol·L-1。

考点 溶液的酸碱性与pH

题点 溶液酸碱性的判断方法

题组三 溶液中水电离的c(H+)或c(OH-)的计算及应用

9.25℃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-1

D.1×10-12mol·L-1

答案 A

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。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

10.常温下,c(OH-)最小的是(  )

A.pH=0的溶液

B.0.05mol·L-1H2SO4

C.0.5mol·L-1HCl

D.0.05mol·L-1的Ba(OH)2

答案 A

解析 A项,c(OH-)=

mol·L-1=1×10-14mol·L-1;B项,c(H+)=0.1mol·L-1,则c(OH-)=

mol·L-1=1×10-13mol·L-1;C项,c(OH-)=

mol·L-1=2×10-14mol·L-1;D项,c(OH-)=0.1mol·L-1。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

11.下列四种溶液中,室温下由水电离生成的H+浓度之比(①∶②∶③∶④)是(  )

①pH=0的盐酸 ②0.1mol·L-1的盐酸

③0.01mol·L-1的NaOH溶液 ④pH=11的NaOH溶液

A.1∶10∶100∶1000B.0∶1∶12∶11

C.14∶13∶12∶11D.14∶13∶2∶3

答案 A

解析 ①中c(H+)=1mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH-)相等,等于1.0×10-14mol·L-1;

②中c(H+)=0.1mol·L-1,由水电离出的c(H+)=1.0×10-13mol·L-1;

③中c(OH-)=1.0×10-2mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(H+)相等,等于1.0×10-12mol·L-1;

④中c(OH-)=1.0×10-3mol·L-1,同③所述由水电离出的c(H+)=1.0×10-11mol·L-1。

即(1.0×10-14)∶(1.0×10-13)∶(1.0×10-12)∶(1.0×10-11)=1∶10∶100∶1000。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

12.室温下,若溶液中由水电离产生的c(OH-)=1×10-14mol·L-1,满足此条件的溶液中一定可以大量共存的离子组是(  )

A.Al3+、Na+、NO

、Cl-B.K+、Na+、Cl-、NO

C.K+、Na+、Cl-、AlO

D.K+、NH

、SO

、NO

答案 B

解析 溶液中由水电离产生的c(OH-)=1×10-14mol·L-1,溶液的pH为0或14,溶液呈酸性或碱性。

A项,Al3+与OH-不能大量共存;C项,AlO

与H+不能大量共存;D项,NH

与OH-不能大量共存。

考点 水的电离

题点 水的离子积及其表达式

[综合强化]

13.

(1)某温度(t℃)时,水的Kw=1×10-12,则该温度____(填“>”“<”或“=”)25℃,其理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)该温度下,c(H+)=1×10-7mol·L-1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-1。

(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2,反应时溶液中水的电离平衡________(填“向左”“向右”或“不”,下同)移动。

在新制氯水中加入少量NaCl固体,水的电离平衡________移动。

(4)25℃时,pH=4的盐酸中水的电离程度________(填“大于”“小于”或“等于”)pH=10的Ba(OH)2溶液中水的电离程度。

答案 

(1)> 升温促进水的电离,Kw增大 

(2)碱性 1×10-7 (3)向右 向右 (4)等于

解析 

(1)升高温度,Kw增大,现Kw=1×10-12>1×10-14,因此温度大于25℃。

(2)该温度下,溶液中c(OH-)=

mol·L-1=1×10-5mol·L-1,因为c(OH-)>c(H+),所以溶液呈碱性;NaOH溶液中由水电离出来的c(OH-)等于溶液中的c(H+),即为1×10-7mol·L-1。

(3)Zn与稀硫酸反应过程中,溶液中c(H+)减小,水的电离平衡向右移动。

新制氯水中加入少量NaCl固体,平衡Cl2+H2OH++Cl-+HClO向左移动,溶液中c(H+)减小,水的电离平衡向右移动。

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