水的电离和PH.docx
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水的电离和PH
水的电离和溶液的PH
知识归纳:
1、水的电离
(1)水是一种极微弱的电解质,只能微弱的电离,并存在着平衡。
水的电离方程式:
H2O+H2O
H3O++OH-
简写为:
H2O
H++OH-
(2)从纯水的导电性实验测得,25℃时,1L纯水中只有1×10—7molH2O电离。
∴CH+=COH-=1×10-7mol/L
而1L水的物质的量为55.6mol,这与发生电离的水1×10-7mol相比,水的电离部分忽略不计。
所以,电离前后,水的物质的量几乎不变,可以看作是一个常数
CH+·COH-=KW
KW叫做水的离子积常数,简称水的离子积。
KW=CH+·COH-=1×10-7×1×10-7=1×10-14
水的离子积常数反映了一定温度下,水的H+浓度和OH-浓度之间的关系。
二、影响水的电离的因素
1加入酸或碱,抑制水的电离,KW不变;
2加入某些盐,促进水的电离,KW不变;
3电离过程是一个吸热过程,升温能促进水的电离,KW增大,
在100℃时,KW=1×10-12。
4其它因素:
如加入活泼金属,消耗H+,水的电离程度增大。
三、在酸、碱溶液中求H2O电离出的H+浓度和OH-浓度的方法
依据:
水的离子积常不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
例:
0﹒1mol/LHCI中CH+以及水电离出的H+浓度和OH-浓度
[分析]酸影响了水的电离,抑制了水的电离,水电离平衡向左移动。
所以,酸电离出的CH+很大,是主要的,水电离的CH+很小。
所以溶液中CH+可以近似看作是酸电离出的H+浓度。
∴CH+=0﹒1mol/L
溶液中COH-=10-14/0﹒1=10-13mol/L
此COH-就是水电离出的OH-浓度。
∴CH+(水)=COH-(水)=10-13mol/L
结论:
纯水中KW=10-14为单纯水的离子积常数。
对于酸或碱来说,溶液中的H+浓度和OH-浓度的乘积是1×10-14,而抑制了水的电离,使水本身的离子积常数减小。
四、溶液的酸碱性
1、溶液的酸碱性与CH+、COH-的关系
无论酸性、中性、碱性溶液里,都同时存在着OH-、H+,常温下,CH+、COH-的乘积是一个常数(1×10-14)
溶液酸碱性
CH+
COH-
CH+、COH-
CH+·COH-
酸性
>10-7mol
<10-7mol
CH+>COH-
1×10-14
中性
=10-7mol
=10-7mol
CH+=COH-
碱性
<10-7mol
>10-7mol
CH+<COH-
[强调]任何水溶液中存在的H+和OH-作为矛盾的双方,既互相依存,又互相制约,共同决定了溶液的酸碱性。
溶液酸碱性本质决定H+和OH-相对大小。
2、溶液的pH
(1)表示方法:
pH=-IgC(H+)
(2)意义:
表示溶液中C(H+)的大小,即能表示溶液的酸碱性的强弱。
五、溶液的酸性的强弱与酸的强弱
(1)酸的强弱是以电解质的电离来区分的:
强电解质完全电离的酸是强酸,弱电解质只有部分电离的酸是弱酸;溶液的酸性是由溶液中CH+决定的,CH+越大的溶液,则酸性越强,反之越弱。
(2)特别提醒:
①强酸溶液的酸性不一定比弱酸溶液的酸性强②酸性强的溶液不一定是强酸③酸性相同的溶液,弱酸浓度大,中和能力强④中和能力相同的酸提供H+的物质的量相同,但强酸溶液的酸性强。
六、pH的测定
1、pH值的改变
①pH﹤7溶液呈酸性,pH越小,酸性越强;pH每减小1个单位,CH+增大10倍
②pH﹥7溶液呈碱性,pH越大,碱性越强。
pH每增加1个单位,CH+减小10倍。
③pH小的酸性溶液,不一定是强酸溶液
④pH每升高一个单位,对于强酸需要稀释10倍,而对于弱酸稀释的倍数超过了10倍;pH每降低一个单位,对于强碱需要稀释10倍,而对于弱碱稀释的倍数超过了10倍。
2、测定方法:
(1)酸碱指示剂——甲基橙、石蕊、酚酞(粗略测定)
常用酸碱指示剂及其变色范围:
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
>10.0红色
(2)pH试纸——最简单的方法。
操作:
将一小块pH试纸放在洁净的玻璃片上,用玻璃棒沾取未知液点试纸中部,然后与标准比色卡对比,读出pH值。
注意:
①事先不能用水湿润pH试纸,否则非中性溶液的pH测定值比实际的或大或小;
②只能读取整数值或范围
(3)pH计:
精确测定
七、关于pH值的计算
1、酸性溶液:
按C→CH+→pH
2、碱性溶液:
按C→COH-→CH+→pH
3、强酸、强碱溶液的稀释后的溶液:
对于酸溶液中的CH+,每稀释10n倍,pH增大n个单位,
但增大后不超过7,酸仍为酸!
对于碱溶液中的COH-,每稀释10n倍,pH减少n个单位,
但减少后不小于7,碱仍为碱!
PH值相同的强酸与弱酸(或强碱与弱碱),稀释相同的倍数,pH变化为强酸变化大,
弱酸变化小。
极稀溶液中的pH值的计算,应考虑水的电离。
即无限稀释7为限,酸略小于7,碱略大于7.
4、强酸与强碱溶液混合的计算:
反应的实质:
H++OH-=H2O
三种情况:
(1)恰好中和,pH=7
(2)若余酸,先求中和后的CH+,再求pH。
(3)若余碱,先求中和后的COH-,再通过KW求出CH+,最后求pH。
或先求pOH,
再由pH=14-pOH。
5、已知酸和碱溶液的pH之和,判断等体积混合后的溶液的pH
(1)若强酸与强碱溶液的pH之和大于14,则混合后显碱性,pH大于7。
(2)若强酸与强碱溶液的pH之和等于14,则混合后显中性,pH等于7。
(3)若强酸与强碱溶液的pH之和小于14,则混合后显酸性,pH小于7。
(4)若酸与碱溶液的pH之和等于14,酸、碱中有一强、一弱,则酸、碱溶液混合后,谁弱显谁性。
这是因为酸和碱已电离的H+和OH-恰好中和,谁弱谁的H+或OH-有储备,中和后还能电离,显出酸、碱性来。
知识巩固:
1.室温下,把1mL0.1mol/L的H2SO4加水稀释成2L溶液,在此溶液中由水电离产生的H+,其浓度接近于()
A.1×10-4mol/LB.1×10-8mol/L
C.1×10-11mol/LD.1×10-10mol/L
2.将pH为5的硫酸溶液稀释500倍,稀释后溶液中c(SO42-):
c(H+)约为()
A、1:
1 B、1:
2 C、1:
10 D、10:
1
3.将体积均为10mL、pH均为3的盐酸和醋酸,加入水稀释至amL和bmL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释后溶液的体积()
A.a=b=100mLB.a=b=1000mL
C.a<bD.a>b
4.99mL0.1mol/L的盐酸和101mL0.05mol/L氢氧化钡溶液混合后,溶液的c(H+)为()(不考虑混合时的体积变化)。
A.0.5×(10-8+10-10)mol/LB.(10-8+10-10)mol/L
C.(1×10-14-5×10-5)mol/LD.1×10-11mol/L
5.室温下xLpH=a的盐酸溶液和yLpH=b的电离度为α的氨水恰好完全中和,则x/y的值为()
A.1B.10-14-a-b/αC.10a+b-14/αD.10a-b/α
6.下列溶液肯定是酸性的是()
A含H+的溶液B加酚酞显无色的溶液
CpH<7的溶液D[OH-]<[H+]的溶液
7.pH相同的氨水、氢氧化钠和氢氧化钡溶液,分别用蒸馏水稀释到原来的X倍、Y倍、Z倍,稀释后三种溶液的pH同,则X、Y、Z的关系是
A.X=Y=ZB.X>Y=ZC.X<Y=ZD.X=Y<Z
8.已知AG=lg[c(H+)/c(OH-)],常温下,在AG=-10的溶液中能大量存在的离子组是:
A.Cl-,AlO2-,SO32-,Na+B.NO3-,CH3COO-,Na+,NH4+
C.Cl-,NO3-,Mg2+,K+D.SO42-,HCO3-,Cl-,K+
9.某温度下重水中存在电离平衡D2O
D++OD-,
D2O的离子积常数=1.0×10-12,若pD=-lgc(D+),该温度下有关分析正确的是()
A.0.1molNaOD溶于重水制成1L溶液,pD=13
B.将pD=4的DCl的重水溶液稀释100倍,所得溶液pD=6
C.向30mL0.5mol·L-1NaOD的重水溶液中加入20mL0.5mol·L-1DCl的重水溶
液,所得溶液pD=12
D.pD=10的NaOD的重水溶液中,由重水电离出的c(OD-)为1×10-10mol·L-1
10.室温下向10mLpH=3的醋酸溶液中加水稀释后,下列说法正确的是
A.溶液中导电粒子的数目减少
B.溶液中
不变
C.醋酸的电离程度增大,c(H+)亦增大
D.再加入10mLpH=11的NaOH溶液,混合液pH=7
11.下列叙述不正确的是()
A、纯水也是一种电解质
B、无论是酸性、中性还是碱性稀溶液,只要温度恒定,
c(H+)×c(OH-)是一个常数
C、一定温度下,0.1mol·L-1的磷酸溶液中H+主要来自于酸的第一步电离
D、强碱溶液中不存在H+
12.在一定体积pH=12的Ba(OH)2溶液中,逐滴加入一定物质的量浓度的NaHSO4溶液。
当溶液中的Ba2+恰好完全沉淀时,溶液pH=11。
若反应后溶液的体积等于Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积之和,则Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积比是( )
A.1∶9B.1∶1C.1∶2D.1∶4
13.在25℃时,有pH=a的盐酸与pH=b的NaOH溶液,取VaL该盐酸同该NaOH溶液恰好反应,需VbLNaOH溶液,问:
(1)若a+b=14时,则Va/Vb=(填数值);
(2)若a+b=13时,则Va/Vb=(填数值);
(3)若a+b>14时,则Va/Vb=(填表达式),
且VaVb(填>、<或=).
14.已知水在25℃和95℃时,其电离平衡曲线如下图所示:
(1)则25℃时水的电离平衡曲线应为______(填“A”或“B”),请说明理由.
(2)25℃时,将pH=9的NaOH溶液与pH=4的H2SO4溶液混合,若所得混合溶液的pH=7,则NaOH溶液与pH=4的H2SO4溶液的体积比为__________.
(3)95℃时,若100体积pH1=a的某强酸溶液与1体积pH2=b的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合前,该强酸的pH1与强碱的pH2之间应满足的关系是_________________.
(4)曲线B对应温度下,pH=2的某HA溶液和pH=10的NaOH溶液等体积混合后,混合溶液的pH=5.请分析其原因:
.
15.在t℃时,稀硫酸和盐酸混合液中,c(H+)=10-amol·L-1,
c(OH-)=10-bmol·L-1,已知a+b=12.向20mL该混合酸溶液中逐滴加入pH=11Ba(OH)2溶液,生成BaSO4的量如图所示,当加入60mLBa(OH)2溶液时,
C点溶液的pH=6(体积变化忽略不计),试计算:
(1)最初混合酸溶液中c(H2SO4)=,c(HCl)=;
(2)A点pH=;
(3)B点比最初混合酸的pH增加多少(写出计算过程)?
(lg3=0.48)
1.D2C3C4D5C6D7B8A9D10B11D12D
13.
(1)1
(2)10-1
(3)10-(14-a-b);>.
14.
(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)10∶1
(3)a+b=14或pH1+pH2=14
(4)曲线B对应95℃,此时水的离子积为1×10-12,HA为弱酸,HA中和NaOH后,混合溶液中还剩余较多的HA分子,可继续电离出H+,使溶液pH=5
15.
(1)c(H2SO4)=0.05mol·L-1,c(HCl)=0.20mol·L-1
(2)pH=1
(3)最初混合酸c(H+)=0.05mol·L-1×2+0.20mol·L-1=0.30mol·L-1
pH=0.52
B点还没有完全中和,酸有剩余
c(H+)=
=
mol·L-1pH=1.48
所以B点比最初混合酸的pH增加1.48-0.52=0.96
14.有甲、乙两份等体积的浓度均为0.1mol·L-1的氨水,pH为11。
(1)甲用蒸馏水稀释100倍,则NH3·H2O的电离平衡向__________(填“促进”或“抑制”)电离的方向移动,溶液的pH将为_______(填序号)。
A.9~11之间B.11
C.12~13之间D.13
(2)乙用0.1mol·L-1的氯化铵溶液稀释100倍。
稀释后的乙溶液与稀释后的甲溶液比较,pH______(填“甲大”、“乙大”或“相等”),其原因是_______________________________________________________________________________。
14.
(1)促进;A
(2)甲大,乙用NH4Cl稀释后c(NH4+)增大,使NH3·H2O的电离平衡向抑制电离的方向移动,又由于NH4Cl溶液中NH4+水解,使稀释后的乙溶液的c(H+)增大
(一)典型例题
【例1】常温下,纯水中存在电离平衡:
H2O
H++OH-,请填空:
改变条件
水的电离平衡移动
Kw
c(H+)总
c(OH-)总
水电离出的c(H+)
升温到100℃
通氯化氢
10-2mol/L
加氢氧化钠固体
10-4mol/L
加氯化钠固体
10-7mol/L
【分析】温度不变时,无论溶液是酸性、中性还是碱性,溶液中的氢离子浓度和氢氧根离子浓度的乘积都相同。
常温下,此值为10-14。
在任何溶液中,水电离产生的氢离子浓度和水电离产生的氢氧根离子浓度始终相同,即为1:
1。
【答案】
改变条件
水的电离平衡移动方向
Kw
c(H+)总
c(OH-)总
水电离出的c(H+)
升温到100℃
正向
增大
增大
增大
增大
通氯化氢
逆向
不变
10-12mol/L
10-12mol/L
加氢氧化钠固体
逆向
不变
10-10mol/L
10-10mol/L
加氯化钠固体
不动
不变
10-7mol/L
10-7mol/L
【例2】室温下,在pH=12的某溶液中,由水电离生成的c(OH-)为()
A.1.0×10-7mol·L-1B.1.0×10-6mol·L-1
C.1.0×10-2mol·L-1D.1.0×10-12mol·L-1
【分析】本题以水的离子积为知识依托,考查学生对不同条件下水电离程度的认识,同时考查了思维的严密性。
错解分析:
pH=12的溶液,可能是碱溶液,也可能是盐溶液。
忽略了强碱弱酸盐的水解,就会漏选D。
解题思路:
先分析pH=12的溶液中c(H+)、c(OH-)的大小。
由c(H+)=10-pH得:
c(H+)=1.0×10-12mol·L-1c(OH-)=1.0×10-2mol·L-1
再考虑溶液中的溶质:
可能是碱,也可能是强碱弱酸盐。
最后进行讨论:
(1)若溶质为碱,则溶液中的H+都是水电离生成的:
c水(OH-)=c水(H+)=1.0×10-12mol·L-1
(2)若溶质为强碱弱酸盐,则溶液中的OH-都是水电离生成的:
c水(OH-)=1.0×10-2mol·L-1。
【答案】CD
【例3】室温下,把1mL0.1mol/L的H2SO4加水稀释成2L溶液,在此溶液中由水电离产生的H+,其浓度接近于()
A.1×10-4mol/LB.1×10-8mol/L
C.1×10-11mol/LD.1×10-10mol/L
【分析】温度不变时,水溶液中氢离子的浓度和氢氧根离子的浓度乘积是一个常数。
在酸溶液中氢氧根离子完全由水电离产生,而氢离子则由酸和水共同电离产生。
当酸的浓度不是极小的情况下,由酸电离产生的氢离子总是远大于由水电离产生的(常常忽略水电离的部分),而水电离产生的氢离子和氢氧根离子始终一样多。
所以,酸溶液中的水电离的氢离子的求算通常采用求算氢氧根离子。
稀释后c(H+)=(1×10-3L×0.1mol/L)/2L=1×10-4mol/L
c(OH-)=1×10-14/1×10-4=1×10-10mol/L
【答案】D
【例4】将pH为5的硫酸溶液稀释500倍,稀释后溶液中c(SO42-):
c(H+)约为()
A、1:
1 B、1:
2 C、1:
10 D、10:
1
【分析】根据定量计算,稀释后c(H+)=2×10-8mol·L-1,c(SO42-)=10-8mol·L-1,有同学受到思维定势,很快得到答案为B。
其实,题中设置了酸性溶液稀释后,氢离子浓度的最小值不小于1×10-7mol·L-1。
所以,此题稀释后氢离子浓度只能近似为1×10-7mol·L-1。
【答案】C
【例5】弱酸HY溶液的pH=3.0,将其与等体积水混合后的pH范围是()
A.3.0~3.3B.3.3~3.5C.3.5~4.0D.3.7~4.3
【分析】虚拟HY为强酸,则将其与等体积水混合后
c(H+)=
×10-3mol·L-1
pH=3+lg2=3.3,事实上HY为弱酸,随着水的加入,还会有部分H+电离出来,故
c(H+)>
×10-3mol·L-1即pH<3.3。
【答案】A
【例6】将体积均为10mL、pH均为3的盐酸和醋酸,加入水稀释至amL和bmL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释后溶液的体积()
A.a=b=100mLB.a=b=1000mL
C.a<bD.a>b
【分析】盐酸是强电解质,完全电离。
在加水稀释过程中盐酸电离出的H+离子的物质的量不会增加。
溶液中c(H+)与溶液体积成反比,故加水稀释时,c(H+)会随着水的加入而变小。
醋酸是弱电解质,发生部分电离。
在加水稀释过程中未电离的醋酸分子发生电离,从而使溶液中H+离子的物质的量增加,而c(H+)与溶液体积同样成反比,这就使得此溶液中c(H+)受到n(H+)的增加和溶液体积V增加的双重影响。
很明显,若将盐酸和醋酸同等程度的稀释到体积都为a,则盐酸的c(H+)比醋酸的c(H+)小。
若要稀释到两溶液的c(H+)相等,则醋酸应该继续稀释,则有b>a。
【答案】C
【例7】99mL0.1mol/L的盐酸和101mL0.05mol/L氢氧化钡溶液混合后,溶液的c(H+)为()(不考虑混合时的体积变化)。
A.0.5×(10-8+10-10)mol/LB.(10-8+10-10)mol/L
C.(1×10-14-5×10-5)mol/LD.1×10-11mol/L
【分析】把101mL的Ba(OH)2分差成99mL和2mL,其中99mLBa(OH)2溶液和99mL盐酸溶液恰好完全反应,这样就相当于将2mL0.05mol/L的Ba(OH)2加水稀释至200mL,先求溶液中的[OH-],然后再化成[H+],故应选D。
[答案]D
【例8】将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH值最接近于()。
A.8.3B.8.C.9D.9.7
[解析]同种溶质的酸或碱溶液混合后溶液的pH值约为大的pH减去0.3(两溶液的pH值必须相差2以上)。
[答案]D
【例9】室温下xLpH=a的盐酸溶液和yLpH=b的电离度为α的氨水恰好完全中和,则x/y的值为()
A.1B.10-14-a-b/αC.10a+b-14/αD.10a-b/α
【分析】c(HCl)=c(H+)=10-amol·L-1,盐酸的物质的量=10-a×xmol·L-1,c(NH3·H2O)·α=c(OH-)=10b-14mol·L-1,NH3·H2O物质的量为10b-14÷α×ymol·L-1。
根据题意:
10-a·x=10b-14÷α×y,得x/y=10a+b-14/α。
【答案】C
【例10】若在室温下pH=a的氨水与pH=b的盐酸等体积混合,恰好完全反应,则该氨水的电离度可表示为()
A.10a+b-12%B.10a+b-14%C.1012-a-b%D.1014-a-b%
【分析】设氨水和盐酸各取1L。
氨水电离出的c(OH-)=10-14÷10-amol·L-1=10a-14mol·L-1
即氨水电离出的OH-的物质的量为10a-14mol,而NH3·H2O的物质的量=盐酸的物质的量=10-bmol·L-1×1L=10-bmol;所以氨水的电离度为10a+b-12%。
【答案】A
【例11】用0.01mol/LH2SO4滴定0.01mol/LNaOH溶液,中和后加水至100mL。
若滴定时终点判断有误差:
①多加了1滴H2SO4;②少加了1滴H2SO4(设1滴为0.05mL)。
则①和②c(H+)之比为()
A.10B.50C.5×103D.104
【分析】多加1滴H2SO4,则酸过量,相当于将这1滴硫酸由0.05mL稀释至100mL。
少加1滴H2SO4,相当NaOH溶液过量2滴,即将这部分NaOH溶液稀释至100mL。
现计算如下:
①多加1滴硫酸时,c(H+)=
=10-5(mol/L),
②少加1滴硫酸时,c(OH-)
=10-5(mol/L),
c(H+)=
=10-9(mol/L),故二者比值为104。
【答案】D
【例12】有①、②、③三瓶体积相等,浓度都是1mol·L-1的盐酸溶液,将①加热蒸发至体积一半;向②中加入少量的CH3COONa固体(加入后仍显酸性);③不作任何改变,以酚酞作指示剂,用NaOH溶液滴定上述三种溶液,所耗NaOH溶液的体积为()
A.①=②>③B.③>②>①C.③=②>①D.①=②=③
【分析】本题着重考查酸碱中和、溶液的酸碱性判断及抽象思维能力。
对①加热蒸发,由于HCl的挥发性比水大,故蒸发后溶质可以认为没有,消耗的NaOH溶液的体积最少。
在②中加入CH3COONa固体,发生反应:
HCl+CH3COONa==CH3COOH+NaCl,当以酚酞作指示剂时,HCl、CH3COOH被NaOH中和:
HCl+NaOH==NaCl+H2O,CH3COOH+NaOH==CH3COONa+H2O,此过程中被中和的H+物质的量与③相同。
若改用甲基橙作指示剂,因为甲基橙的变色范围(pH)为3.1~4.4,此时,部分CH3COOH不能被NaOH完全中和,三种溶液所消耗的NaOH溶液体积为③>②>①。
【答案】C
【例13】以标准的盐酸溶液滴定未知的氢氧化钠为例,判断以下操作所引起的误差(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)
读数:
滴定前