版高考一轮复习江苏专用专题6 第2讲 水的电离和溶液的酸碱性.docx
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版高考一轮复习江苏专用专题6第2讲水的电离和溶液的酸碱性
第2讲 水的电离和溶液的酸碱性
【2019·备考】
最新考纲:
1.理解水的电离和水的离子积常数。
2.了解溶液pH的定义,能进行溶液pH的简单计算。
3.初步掌握中和滴定的原理和方法。
4.初步掌握测定溶液pH的方法。
最新考情:
水的电离和溶液的酸碱性一般以选择题形式呈现,一是结合离子共存问题考查溶液的酸碱性,如2017年T9;二是在原理小综合题中考查溶液的酸碱性和pH的计算,如2015年T11B;三是在以图像形式考查滴定曲线,如2016年T10D,还有就是在选择题T14中结合盐类水解知识考查等等。
预测2019年高考延续这一命题特点,就是在选择题某一选项中以文字或者图像的形式出现。
考点一 水的电离
[知识梳理]
1.水的电离
H2O+H2O
H3O++OH-,
可简写为H2O
H++OH-。
2.水的离子积常数
Kw=c(H+)·c(OH-)。
(1)室温下:
Kw=1×10-14。
(2)影响因素:
只与温度有关,升高温度,Kw增大。
(3)适用范围:
Kw不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
(4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H+和OH-,只要温度不变,Kw不变。
3.外界条件对水的电离平衡的影响
体系变化
条件
平衡移动方向
Kw
水的电离程度
c(OH-)
c(H+)
酸
逆
不变
减小
减小
增大
碱
逆
不变
减小
增大
减小
可水解的盐
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
温度
升温
正
增大
增大
增大
增大
降温
逆
减小
减小
减小
减小
其他:
如加入Na
正
不变
增大
增大
减小
名师助学:
①水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。
即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。
不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。
②水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。
③比较由H2O电离产生的c(H+)的大小时,可先对物质进行分类,酸碱抑制水的电离,能水解的盐促进水的电离。
[题组诊断]
外界条件对水的电离平衡的影响
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)纯水中c(H+)随着温度的升高而降低(×)
(2)25℃时,0.10mol·L-1NaHCO3溶液加水稀释后,n(H+)与n(OH-)的乘积变大(√)
(3)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10mL浓度为0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中水的电离程度始终增大(×)
(4)在蒸馏水中滴加浓H2SO4,Kw不变(×)
(5)向水中加入少量硫酸氢钠固体,促进了水的电离,c(H+)增大,Kw不变(×)
(6)向水中加入AlCl3溶液对水的电离不产生影响(×)
(7)100℃的纯水中c(H+)=1×10-6mol·L-1,此时水呈酸性(×)
(8)将水加热,Kw增大,pH减小(√)
2.一定温度下,水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图,下列说法正确的是( )
A.升高温度,可能引起由c向b的变化
B.该温度下,水的离子积常数为1.0×10-13
C.该温度下,加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D.该温度下,稀释溶液可能引起由c向d的变化
解析 c点、b点对应相同的温度,A项错误;根据b点对应的纵坐标和横坐标都为1.0×10-7mol·L-1可知,水的离子积常数为1.0×10-14,B项错误;FeCl3为强酸弱碱盐,可水解使溶液呈酸性,C项正确;c、d点对应的c(H+)相同,c(OH-)不同,但由于Kw只与温度有关,所以温度不变时,稀释溶液不可能引起c向d的变化,D项错误。
答案 C
【方法技巧】
(1)任何情况下水电离产生的c(H+)和c(OH-)总是相等的。
(2)酸、碱、盐虽然影响水的电离平衡(不水解的盐除外),造成水电离出的H+或OH-的浓度发生变化,但在25℃时Kw仍然不变,因为Kw只与温度有关。
(3)水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-)中H+和OH-不一定是水电离出来的。
c(H+)和c(OH-)均指溶液中的H+或OH-的总浓度。
这一关系适用于任何稀的水溶液。
(4)室温下,由水电离出的c(H+)=1×10-13mol·L-1的溶液可能呈强酸性或强碱性,故在该溶液中HCO、HSO均不能大量共存。
水电离出的c(H+)和c(OH-)的计算
3.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
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,A项正确。
答案 A
4.某温度下(Kw=1×10-12mol2·L-2),计算下列溶液中水电离出的c(H+)或
c(OH-)。
(1)蒸馏水中c(H+)水=________。
(2)0.1mol·L-1NaOH溶液中c(OH-)水=________。
(3)pH=11Na2CO3溶液中c(OH-)水=________。
解析
(1)c(H+)水=
=1×10-6mol·L-1。
(2)c(OH-)=0.1mol·L-1,
c(H+)=mol·L-1=1×10-11mol·L-1,
c(OH-)水=c(H+)水=c(H+)=1×10-11mol·L-1。
(3)pH=11,c(H+)=1×10-11mol·L-1,
c(OH-)=mol·L-1=0.1mol·L-1。
答案
(1)1×10-6mol·L-1
(2)1×10-11mol·L-1 (3)0.1mol·L-1
【方法技巧】
水电离的c(H+)或c(OH-)的计算技巧(25℃时):
(1)中性溶液:
c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1。
(2)酸或碱抑制水的电离,水电离出的c(H+)=c(OH-)<10-7mol·L-1,当溶液中的c(H+)<10-7mol·L-1时就是水电离出的c(H+);当溶液中的c(H+)>10-7mol·L-1时,就用10-14除以这个浓度即得到水电离的c(H+)。
(3)可水解的盐促进水的电离,水电离的c(H+)或c(OH-)均大于10-7mol·L-1。
若给出的c(H+)>10-7mol·L-1,即为水电离的c(H+);若给出的c(H+)<10-7mol·L-1,就用10-14除以这个浓度即得水电离的c(OH-)。
考点二 溶液的酸碱性与pH
[知识梳理]
1.溶液的酸碱性
常温下,溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系:
溶液的酸碱性
c(H+)与c(OH-)比较
c(H+)大小
酸性溶液
c(H+)>c(OH-)
c(H+)>1×10-7mol·L-1
中性溶液
c(H+)=c(OH-)
c(H+)=1×10-7mol·L-1
碱性溶液
c(H+)<c(OH-)
c(H+)<1×10-7mol·L-1
2.溶液的pH
(1)表达式为pH=-lgc(H+)。
(2)使用范围:
pH的取值范围为0~14,即只适用于c(H+)≤1mol·L-1或c(OH-)≤1mol·L-1的电解质溶液,当c(H+)或c(OH-)≥1mol·L-1时,直接用c(H+)或
c(OH-)表示溶液的酸碱性。
3.pH试纸的使用
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部,观察变化稳定后的颜色,与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
名师助学:
①溶液呈现酸性或碱性决定于c(H+)与c(OH-)的相对大小,不能只看pH,一定温度下pH=6的溶液也可能显中性,也可能显酸性,应注意温度。
②使用pH试纸时不能用蒸馏水润湿。
③广泛pH试纸只能测出pH的整数值。
[题组诊断]
溶液酸碱性及pH的概念理解
1.基础知识判断(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+)>10-7mol·L-1,则该溶液呈酸性(×)
(3)用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH,一定会使结果偏低(×)
(4)一定温度下,pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1(×)
(5)常温常压时,pH=11的NaOH溶液与pH=3的醋酸溶液等体积混合后,滴入石蕊溶液呈红色(√)
(6)根据溶液的pH判断该溶液的酸碱性(×)
(7)把pH=2与pH=12的酸、碱溶液等体积混合后,所得溶液的pH=7(×)
(8)任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱(×)
2.判断下列溶液在常温下的酸、碱性(在括号中填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(1)相同浓度的盐酸和NaOH溶液等体积混合( )
(2)相同浓度的CH3COOH溶液和NaOH溶液等体积混合( )
(3)相同浓度氨水和盐酸等体积混合( )
(4)pH=2的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合( )
(5)pH=3的盐酸和pH=10的NaOH溶液等体积混合( )
(6)pH=3的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合( )
(7)pH=2的CH3COOH溶液和pH=12的NaOH溶液等体积混合( )
(8)pH=2的盐酸和pH=12的氨水等体积混合( )
解析
(1)相同浓度的盐酸和NaOH溶液等体积混合,恰好中和,溶液呈中性。
(2)相同浓度的CH3COOH溶液和NaOH溶液等体积混合,生成强碱弱酸盐,CH3COO-水解使溶液呈碱性。
(3)相同浓度氨水和盐酸等体积混合,生成强酸弱碱盐,NH水解使溶液呈酸性。
(4)pH=2的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合,恰好中和,溶液呈中性。
(5)pH=3的盐酸和pH=10的NaOH溶液等体积混合,HCl过量,溶液呈酸性。
(6)pH=3的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合,NaOH过量,溶液呈碱性。
(7)pH=2的CH3COOH溶液和pH=12的NaOH溶液等体积混合,CH3COOH过量,溶液呈酸性。
(8)pH=2的盐酸和pH=12的氨水等体积混合,氨水过量,溶液呈碱性。
答案
(1)中性
(2)碱性 (3)酸性 (4)中性 (5)酸性 (6)碱性 (7)酸性 (8)碱性
【归纳总结】
室温下,已知酸和碱pH之和的溶液等体积混合酸碱性分析
(1)两强混合:
①若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③若pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时,一元强酸和一元弱碱等体积混合呈碱性;一元强碱和一元弱酸等体积混合呈酸性。
溶液pH的计算
3.(2018·苏州模拟)将pH=1的盐酸平均分成两份,一份加入适量水,另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液,pH都升高了1,则加入的水与NaOH溶液的体积比为( )
A.9B.10C.11D.12
解析 将pH=1的盐酸加适量水,pH升高了1,说明所加的水是原溶液的9倍;另1份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液后,pH升高了1,则10-1×1-10-1·x=10-2·(1+x),解得x=,则加入的水与NaOH溶液的体积比为9∶=11∶1。
答案 C
4.某温度下Kw=10-13,在此温度下,将pH=a的NaOH溶液VaL与pH=b的H2SO4溶液VbL混合,下列说法正确的是( )
A.若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶1
B.若所得混合液为中性,且a+b=12,则Va∶Vb=100∶1
C.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶9
D.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=101∶99
解析 当所得混合液为中性时,Va·10a-13=Vb·10-b,则=1013-(a+b),故A选项,Va∶Vb=1∶10,错误;B选项,Va∶Vb=10∶1,错误;当所得溶液pH=10时,=10-3,即=,故C选项,Va∶Vb=1∶9,正确;D选项,Va∶Vb=1∶9,错误。
答案 C
【方法技巧】
溶液pH计算的思维模板
溶液稀释时pH的判断
5.下列有关pH的计算一定正确的是( )
①pH=a的强酸溶液,加水稀释10n倍,则pH=a+n
②pH=a的弱酸溶液,加水稀释10n倍,则pH③pH=b的强碱溶液,加水稀释10n倍,则pH=b-n
④pH=b的弱碱溶液,加水稀释10n倍,则pH>b-n(b-n>7)
A.①②B.②③C.③④D.②④
解析 强酸、强碱溶液稀释时,对其浓度影响较大的离子分别为H+、OH-,故酸稀释后pH的计算方法与碱稀释后pH的计算方法不同。
若为pH=a的强酸溶液,c(H+)=10-amol·L-1,加水稀释10n倍,稀释后c(H+)=10-(a+n)mol·L-1,则pH=n+a,但这在溶液稀释程度不大且水的电离可忽略的情况下成立,当a+n≥7时,必须考虑水的电离,此时pH≠a+n,①错误;若为pH=b的强碱溶液,则c(H+)=10-bmol·L-1,即c(OH-)=10-14+bmol·L-1,加水稀释10n倍后,溶液中c(OH-)=10-14+b-nmol·L-1,即c(H+)=10n-bmol·L-1,pH=b-n,同理,当稀释程度很大时,应考虑水的电离,此时pH≠b-n,③错误;弱酸与弱碱溶液稀释时还要考虑稀释对弱酸、弱碱的电离的促进,②④正确。
D项正确。
答案 D
6.
(1)pH=2的某酸稀释100倍,pH________4,pH=12的某碱稀释100倍,pH________10。
(2)室温时,将pH=5的H2SO4溶液稀释10倍,c(H+)∶c(SO)=________,将稀释后的溶液再稀释100倍,c(H+)∶c(SO)=________。
(3)MOH和ROH两种一元碱的溶液分别加水稀释时,pH变化如图所示。
下列叙述中不正确的是( )
A.MOH是一种弱碱
B.在x点,MOH完全电离
C.在x点,c(M+)=c(R+)
D.稀释前ROH溶液中c(OH-)是MOH溶液中c(OH-)的10倍
解析
(1)若某酸为强酸,则pH=4,若为弱酸,则pH<4;同理,对pH=12的某碱稀释100倍,pH≥10。
(2)pH=5的H2SO4稀释10倍,c(H+)和c(SO)同等倍数减小,所以c(H+)∶c(SO)=2∶1,若将稀释后的溶液再稀释100倍,其pH≈7,而c(SO)=mol·L-1=5×10-9mol·L-1,所以c(H+)∶c(SO)=10-7∶(5×10-9)=20∶1。
(3)由图知,稀释100倍后ROH的pH变化为2,为强碱,MOH的pH变化为1,为弱碱,A项正确;MOH为弱碱,在任何点都不能完全电离,B项错误;x点时ROH与MOH的c(OH-)相等,故c(M+)与c(R+)相等,C项正确;稀释前ROH的c(OH-)=0.1mol·L-1,MOH的c(OH-)=0.01mol·L-1,D项正确。
答案
(1)≤ ≥
(2)2∶1 20∶1 (3)B
【误区警示】
误区1:
不能正确理解酸、碱的无限稀释规律
常温下任何酸或碱溶液无限稀释时,溶液的pH都不可能大于7或小于7,只能接近7。
误区2:
不能正确理解弱酸、弱碱的稀释规律
溶液
稀释前溶液pH
加水稀释到体积为原来的10n倍
稀释后溶液pH
酸
强酸
pH=a
pH=a+n
弱酸
a<pH<a+n
碱
强碱
pH=b
pH=b-n
弱碱
b-n<pH<b
注:
表中a+n<7,b-n>7。
考点三 酸、碱中和滴定
[知识梳理]
1.概念:
用已知物质的量浓度的酸(或碱)来测定未知物质的量浓度的碱(或酸)的方法。
2.原理:
c待=(以一元酸与一元碱的滴定为例)。
3.酸碱中和滴定的关键
(1)准确测定参加反应的酸、碱溶液的体积。
(2)选取适当指示剂,准确判断滴定终点。
4.实验用品
(1)仪器
图(A)是酸式滴定管,图B是碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。
(2)试剂
标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。
名师助学:
①滴定管的精确度为0.01mL。
②酸性、氧化性的试剂一般用酸式滴定管,因为酸性和氧化性物质易腐蚀橡胶管。
③碱性的试剂一般用碱式滴定管,因为碱性物质易腐蚀玻璃,致使活塞无法打开。
④常用酸碱指示剂及变色范围
指示剂
变色范围的pH
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浅红色
>10.0红色
5.中和滴定实验操作(以酚酞作指示剂,用盐酸滴定氢氧化钠溶液)。
(1)滴定前的准备。
(2)滴定。
(3)终点判断:
等到滴入最后一滴反应液,指示剂变色,且在半分钟内不能恢复原来的颜色,视为滴定终点,并记录标准液的体积。
(4)数据处理:
按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据原理计算。
c(NaOH)=
[题组诊断]
仪器的使用及指示剂选择
1.实验室现有3种酸碱指示剂,其pH变色范围如下:
甲基橙:
3.1~4.4 石蕊:
5.0~8.0 酚酞:
8.2~10.0
用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液,恰好完全反应时,下列叙述中正确的是( )
A.溶液呈中性,可选用甲基橙或酚酞作指示剂
B.溶液呈中性,只能选用石蕊作指示剂
C.溶液呈碱性,可选用甲基橙或酚酞作指示剂
D.溶液呈碱性,只能选用酚酞作指示剂
解析 NaOH溶液和CH3COOH溶液恰好完全反应时生成CH3COONa,
CH3COO-水解显碱性,而酚酞的变色范围为8.2~10.0,比较接近。
因此答案为D。
答案 D
2.现使用酸碱中和滴定法测定市售白醋的总酸量(g/100mL)。
Ⅰ.实验步骤:
(1)量取10.00mL食用白醋,在烧杯中用水稀释后转移到100mL________(填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。
(2)用酸式滴定管取待测白醋溶液20.00mL于锥形瓶中,向其中滴加2滴________作指示剂。
(3)读取盛装0.1000mol/LNaOH溶液的碱式滴定管的初始读数。
如果液面位置如图所示,则此时的读数为________mL。
(4)滴定。
滴定终点的现象是_________________________________________。
Ⅱ.数据记录:
滴定次数
实验数据/mL
1
2
3
4
V(样品)
20.00
20.00
20.00
20.00
V(NaOH)(消耗)
15.95
15.00
15.05
14.95
Ⅲ.数据处理:
某同学在处理数据的计算得:
平均消耗的NaOH溶液的体积V=(15.95+15.00+15.05+14.95)/4mL=15.24mL。
指出他的计算的不合理之处:
____________________________________________
_____________________________________________________________________
答案 Ⅰ.
(1)容量瓶
(2)酚酞试液 (3)0.70
(4)溶液由无色恰好变为浅红色,并在半分钟内不褪色
Ⅲ.第一组数据与后三组数据相差较大,属于异常值,应舍去
【归纳总结】
指示剂选择的基本原则
变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
(1)不能用石蕊作指示剂。
(2)滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸与强碱间进行滴定时,用甲基橙和酚酞都可以。
(5)并不是所有的滴定都须使用指示剂,如用标准的Na2SO3滴定KMnO4溶液时,KMnO4颜色恰好褪去时即为滴定终点。
酸碱中和滴定误差分析
3.用标准的KOH溶液滴定未知浓度的盐酸,若测定结果偏低,其原因可能是( )
A.配制标准溶液的固体KOH中混有NaOH杂质
B.滴定到终点读数时,仰视滴定管的刻度,其他操作正确
C.盛装未知液的锥形瓶用蒸馏水洗过后再用未知液润洗
D.滴定到终点读数时,发现滴定管尖嘴处悬挂一滴溶液
解析 A项将会使标准碱液的c(OH-)偏大,滴定时耗用的V(OH-)偏小,导致结果偏低,A项正确;滴定终点时仰视读数,将使读取碱液的体积偏大,测定结果偏高,B项错误;用未知液润洗锥形瓶将使测定结果偏高,C项错误;尖嘴处悬挂溶液将使读取的标准液体积偏大,测定结果偏高,D项错误。
答案 A
4.下面是中和滴定过程中,容易引起误差的五个方面,根据题意,用“偏高”“偏低”或“无影响”填空。
(1)仪器润洗:
锥形瓶用蒸馏水冲洗后,再用待测液润洗,使滴定结果________。
(2)存在气泡:
滴定管尖嘴部分滴定前无气泡,滴定终了有气泡,使滴定结果________。
(3)读数操作:
①滴定前平视滴定管刻度线,滴定终点俯视刻度线,使滴定结果________。
②滴定前仰视滴定管刻度线,滴定终点俯视刻度线,使滴定结果________。
(4)指示剂选择:
用盐酸滴定氨水,选用酚酞作指示剂,使滴定结果________。
(5)存在杂质:
①用含NaCl杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,则测定的盐酸浓度将________;
②用含Na2O杂质的NaOH配制成标准溶液来滴定盐酸,则测定的盐酸浓度________。
解析
(1)锥形瓶用蒸馏水冲洗后,再用待测液润洗,待测溶液溶质的物质的量增大,消耗标准溶液的体积增大,结果偏高。
(2)体积数=末读数-初读数。
滴定管尖嘴部分滴定前无气泡,滴定终点有气泡,读取的体积数比实际消耗标准溶液的体积小,结果偏低。
(3)仰视读数时,读取的体积数偏大,俯视读数时,读取的体积数偏小。
(4