第三章第二节第1课时水的电离溶液的酸碱性.docx

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第三章第二节第1课时水的电离溶液的酸碱性

第二节 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

 1.掌握水的离子积Kw和pH的概念。

 2.掌握酸、碱对水的电离的影响。

3.掌握溶液酸碱性的特征与pH的关系。

知识点一 水的电离

阅读教材P45~P46,思考并填空。

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++OH-,水的电离常数K电离=

2.水的离子积常数

(1)推导

由精确的实验可知,25℃时1L纯水(55.6mol)只有1×10-7molH2O电离,则c(H2O)几乎不变,可视为常数,又因为K电离为常数,所以c(H+)·c(OH-)=K电离·c(H2O)为一常数,记为Kw。

(2)表达式

Kw=c(H+)·c(OH-)。

25℃时,Kw=1.0×10-14。

(3)影响因素

水的离子积Kw只受温度的影响,温度升高,Kw增大。

(4)适用范围

Kw不仅适用于纯水,还适用于稀的电解质水溶液。

1.判断正误

(1)水是电解质,所以纯水能导电。

(  )

(2)盐酸中无OH-,只有H+和Cl-以及水分子。

(  )

(3)加热,水的电离程度增大,但Kw不变。

(  )

答案:

(1)× 

(2)× (3)×

2.某温度下,测得纯水中的c(H+)=2×10-7mol/L,则c(OH-)为(  )

A.2×10-7mol/L

B.0.1×10-7mol/L

C.0.5×10-7mol/L

D.无法确定

解析:

选A。

只要是纯水,由水电离出来的氢离子浓度就等于由水电离出来的氢氧根离子浓度。

本题易错用常温下水的离子积常数来计算,从而得出错误结论,所以在用水的离子积常数解题时要特别注意温度。

1.影响水的电离平衡的因素

水的电离平衡:

H2O

H++OH- ΔH>0

影响因素

移动方向

c(H+)

c(OH-)

Kw

升温

向右移动

增大

增大

增大

加酸

向左移动

增大

减小

不变

加碱

向左移动

减小

增大

不变

加活泼金

属(如Na)

向右移动

减小

增大

不变

 向水中加入酸时,不是中和OH-促进水的电离,而是增大了H+的浓度抑制水的电离,原因是水中的OH-的浓度非常小;同样,加入碱时,是增大了OH-的浓度而抑制水的电离。

2.水的离子积常数及应用时的注意事项

(1)水的离子积Kw与温度有关,温度越高,Kw越大,所以,使用水的离子积时,必须指明温度,如不指明,则认为是25℃。

(2)水既可以看作一元弱酸,也可看作一元弱碱。

当向水中加入酸时,由于c(H+)增大,水的电离平衡逆向移动,c(H+)>1×10-7mol/L>c(OH-);当向水中加入碱时,c(OH-)增大,水的电离平衡逆向移动,c(H+)<1×10-7mol/L

虽然水的电离平衡被破坏,但c(H+)·c(OH-)并没有改变,只是c(H+)和c(OH-)的相对大小发生变化而已。

(3)Kw=c(H+)·c(OH-)不仅适用于中性溶液,也同样适用于稀的酸溶液和稀的碱溶液。

在任何时候、在任何溶液中,都同时存在H+、OH-,其乘积也为一常数。

在不同的溶液中,c(H+)和c(OH-)虽然不一定相等,但是由水电离出的c(H+)和c(OH-)却总是相等的。

(4)Kw=c(H+)·c(OH-)中的c(H+)和c(OH-)分别指的是溶液中的H+和OH-的总浓度,要弄清溶液中的c(H+)和水电离出的c(H+),溶液中的c(OH-)和水电离出的c(OH-)。

一般来说,当溶液中的c(H+)或c(OH-)大于由水电离出的c(H+)或c(OH-)的1000倍,水电离产生的H+或OH-的浓度即可忽略。

 关于水的离子积常数,下列说法不正确的是(  )

A.蒸馏水中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14

B.纯水中,25℃时,c(H+)·c(OH-)=1×10-14

C.25℃时,任何以水为溶剂的稀溶液中c(H+)·c(OH-)=1×10-14

D.Kw值随温度升高而增大

[解析] A项未指明温度,故错误。

[答案] A

Kw表达式中,c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中总物质的量浓度。

相同温度下,纯水或任何稀水溶液中c(H+)·c(OH-)相等。

外界因素对水的电离平衡的影响

1.25℃时,水的电离达到平衡:

H2O

H++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

解析:

选B。

向水中加入稀氨水,c(OH-)增大,平衡逆向移动,c(H+)减小,A项不正确;向水中加入少量固体NaHSO4:

NaHSO4===Na++H++SO

,c(H+)增大,但Kw不变,B项正确;向水中加入少量CH3COOH后,使水的电离平衡逆向移动,c(OH-)减小,c(H+)增大,C项不正确;将水加热,水的电离平衡正向移动,c(H+)、c(OH-)均增大,Kw增大,D项不正确。

2.(2016·苏州质检)下列操作会促进H2O的电离,且使溶液pH>7的是(  )

A.将纯水加热到90℃

B.向水中加少量NaOH溶液

C.向水中加少量Na2CO3溶液

D.向水中加少量FeCl3溶液

解析:

选C。

将纯水加热到90℃,水的电离程度增大,c(H+)=c(OH-)>10-7mol·L-1,pH<7,A错;向水中加少量NaOH溶液,水中c(OH-)增大,pH>7,但水的电离平衡向逆方向移动,即水的电离受到抑制,B错;向水中加少量Na2CO3溶液,CO

与H+结合,水中c(H+)减小,水的电离平衡向正方向移动,水中c(OH-)增大,c(OH-)>c(H+),pH>7,C对;向水中加少量FeCl3溶液,Fe3+与OH-结合为弱电解质Fe(OH)3,水中c(OH-)减小,水的电离平衡向正方向移动,c(H+)增大,c(H+)>c(OH-),pH<7,D错。

水电离出c(H+)和c(OH-)的计算

3.常温下,0.1mol/L的NaOH溶液中由水电离的OH-的物质的量浓度为(  )

A.0.1mol/LB.1.0×10-13mol/L

C.1.0×10-7mol/LD.无法确定

解析:

选B。

NaOH为强碱,在水溶液中完全电离为Na+和OH-,水电离出的OH-很少,可以忽略不计,所以0.1mol/L的NaOH溶液中c(OH-)=0.1mol/L,则由水电离出的OH-的物质的量浓度=c(H+)=

=1.0×10-13(mol/L)。

4.常温下,下列三种溶液中,由水电离出的氢离子浓度之比为(  )

①1mol/L的盐酸 ②0.1mol/L的盐酸 ③0.01mol/L的NaOH

A.1∶10∶100B.0∶1∶12

C.14∶13∶12D.14∶13∶2

解析:

选A。

①1mol/L盐酸中,c(H+)=1mol/L,

由水电离出的c水(H+)=10-14mol/L,

②0.1mol/L盐酸中,c(H+)=0.1mol/L,

由水电离出的c水(H+)=10-13mol/L,

③0.01mol/LNaOH溶液中,c(OH-)=0.01mol/L,

由水电离出的c水(H+)=10-12mol/L,

则三者由水电离出的氢离子浓度之比为10-14∶10-13∶10-12=1∶10∶100。

知识点二 溶液的酸碱性与pH

阅读教材P46~P47,思考并填空。

1.溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系

c(H+)与c(OH-)的关系

c(H+)的范围(25℃)

中性溶液

c(OH-)=c(H+)

c(H+)=1.0×10-7mol/L

酸性溶液

c(OH-)

c(H+)>1.0×10-7mol/L

碱性溶液

c(OH-)>c(H+)

c(H+)<1.0×10-7mol/L

2.溶液的酸碱性与pH

(1)pH

①定义:

c(H+)的负对数,即pH=-lg_c(H+)。

②意义:

pH越大,溶液的碱性越强;pH越小,溶液的酸性越强。

③适用范围:

c(H+)<1mol/L的稀溶液。

(2)溶液的酸碱性与pH的关系(常温下)

3.溶液酸碱性的测定方法

(1)酸碱指示剂法

该法只能测其酸碱性,即pH的大致范围,不能测出具体数值。

常见的酸碱指示剂的变色范围(pH)如下图所示:

(2)pH试纸法

把小片干燥的pH试纸放在玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测液滴在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

pH计也叫酸度计,可用于精确测量溶液pH。

1.想一想,连一连

答案:

2.判断正误

(1)pH>7的溶液一定呈碱性。

(  )

(2)溶液的酸性越强,pH越小,溶液的碱性越强,pH越大。

(  )

答案:

(1)× 

(2)√

溶液酸碱性的判断

(1)c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性,且c(H+)越大,酸性越强;c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;c(H+)

(2)25℃时,溶液酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系:

溶液

性质

c(H+)与c(OH-)

相对大小

c(H+)

c(OH-)

中性

溶液

c(H+)=

c(OH-)

等于10-7

mol/L

等于10-7

mol/L

酸性

溶液

c(H+)>

c(OH-)

大于10-7

mol/L

小于10-7

mol/L

碱性

溶液

c(H+)<

c(OH-)

小于10-7

mol/L

大于10-7

mol/L

 下列有关溶液的酸碱性与pH的说法错误的是(  )

A.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

[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,在常温下,pH<7的溶液呈酸性,B项正确;C项,当c(H+)或c(OH-)小于1mol/L时,使用pH表示其酸碱性更为方便,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测pH,正确的做法为取一片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中央,然后与标准比色卡对照读取数据,D项错误。

[答案] D

 

(1)室温下,溶液的酸碱性与pH有何关系?

(2)100℃时(Kw=1×10-12),溶液的酸碱性与pH有何关系?

答案:

(1)酸性溶液:

pH<7;中性溶液:

pH=7;碱性溶液:

pH>7。

(2)酸性溶液:

pH<6;中性溶液:

pH=6;碱性溶液:

pH>6。

溶液酸碱性的判断依据

溶液的酸碱性与pH

1.下列溶液一定显酸性的是(  )

A.含H+的溶液

B.c(OH-)

C.pH<6的溶液

D.能与金属Al反应放出H2的溶液

解析:

选B。

在任何物质的稀溶液中都含H+,所以含有H+的溶液不一定显酸性,A项错误。

在任何物质的稀溶液中都存在水的电离平衡:

H2O

H++OH-,当c(OH-)=c(H+)时溶液显中性,当c(OH-)c(H+)时溶液显碱性,B项正确。

在100℃下的纯水中,c(OH-)·c(H+)=1×10-12,c(OH-)=c(H+)=1×10-6mol/L,pH=6,由于水的电离是个吸热过程,若升高温度促进水的电离,水的pH<6,故pH<6的溶液不一定是酸性溶液,C项错误。

Al既能与酸反应放出H2,也能与碱反应放出H2,所以能与金属Al反应放出H2的溶液不一定是酸性溶液,D项错误。

2.下列溶液一定呈酸性的是(  )

A.c(H+)=10-6mol/L的溶液

B.pH<7的溶液

C.c(H+)>c(OH-)的溶液

D.使紫色石蕊试液呈蓝色的溶液

解析:

选C。

酸性溶液是指c(H+)>c(OH-)的溶液;紫色石蕊试液呈蓝色,说明溶液中c(H+)

重难易错提炼

1.Kw与化学平衡常数一样,温度一定,Kw一定,所以稀释酸(或碱)性溶液时,溶液中的氢氧根离子(或氢离子)浓度是增大的。

2.溶液的酸碱性与氢氧根离子浓度和氢离子浓度的相对大小有关,与某一种离子浓度大小无关。

3.用蒸馏水润湿的pH试纸测定某溶液的pH时,不一定会产生误差,如测量NaCl溶液的pH。

 

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[基础巩固]

1.(2016·聊城高二月考)下列关于水的说法中正确的是(  )

A.水的离子积仅适用于纯水

B.水的电离和电解都需要电

C.升高温度一定使水的离子积增大

D.加入电解质一定会破坏水的电离平衡

解析:

选C。

水的离子积适用于稀的电解质水溶液及纯水,A项错误;水的电离不需要电,B项错误;水的电离是吸热过程,温度升高,促进水的电离,水的离子积增大,C项正确;不是所有的电解质都能破坏水的电离平衡,如NaCl,D项错误。

2.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.pH=7的溶液一定是中性溶液

D.将稀醋酸加水稀释时,c(H+)减小,c(OH-)也减小

解析:

选B。

水是弱电解质,其电离方程式中应用“

”,A项错误;水的电离是吸热的,升高温度,水的电离程度增大,B项正确;只有在室温下,pH=7的溶液才是中性溶液,C项错误;将稀醋酸加水稀释时,c(H+)减小,由于温度不变,Kw不变,故c(OH-)增大,D项错误。

3.能抑制水的电离,并使溶液中c(H+)>c(OH-)的操作是(  )

①将水加热 ②向水中投入一小块金属钠 ③向水中通CO2 ④向水中加NaHSO4固体

A.①②         B.①

C.③D.③④

解析:

选D。

将水加热,促进电离,c(H+)=c(OH-);向水中投入一小块金属钠,c(H+)c(OH-)。

4.下列说法正确的是(  )

A.强碱的水溶液中不存在H+

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+)=2×10-7mol·L-1,其呈酸性

解析:

选C。

在所有水溶液中均存在H+和OH-,故A错;pH=0的溶液中c(H+)=1.0mol·L-1,并不是酸性最强的溶液,故B错;温度一定时,c(H+)·c(OH-)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,故D错。

5.(2016·衡水联考)用pH试纸测定溶液pH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

解析:

选A。

pH试纸的正确使用方法是把一小块pH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,试纸变色后,与标准比色卡对照来确定溶液的pH。

6.25℃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-1B.0.02mol·L-1

C.1×10-7mol·L-1D.1×10-12mol·L-1

解析:

选A。

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。

7.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

解析:

选B。

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,在这两种情况下均存在的离子组则一定可以大量共存,在A选项中Al3+与OH-不共存;在C选项中AlO

与H+不共存;在D选项中NH

与OH-不共存;所以一定能够共存的离子组为B选项。

8.25℃的下列溶液中,碱性最强的是(  )

A.c(OH-)=10-3mol·L-1的溶液

B.c(OH-)=0.01mol·L-1的溶液

C.1L溶液中含有4gNaOH的溶液

D.c(H+)=1×10-10mol·L-1的溶液

解析:

选C。

C项中c(OH-)=

=0.1mol·L-1,D项中c(OH-)=

mol·L-1=10-4mol·L-1,溶液中c(OH-)越大,其碱性越强。

9.某温度下,纯水中c(H+)=2×10-7mol·L-1,则该温度下的Kw=________;如温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5.0×10-6mol·L-1,则c(OH-)为________mol·L-1。

解析:

因纯水中水电离出的c(H+)与c(OH-)总是相等,则c(OH-)=2.0×10-7mol·L-1,该温度下的Kw=c(H+)·c(OH-)=(2.0×10-7)2=4.0×10-14。

温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5.0×10-6mol·L-1,则c(OH-)=Kw/c(H+)=4.0×10-14÷5.0×10-6=8.0×10-9(mol·L-1)。

答案:

4.0×10-14 8.0×10-9

10.

(1)25℃,10L水中含有OH-的物质的量为________mol,含H+个数为________(阿伏加德罗常数为NA)。

(2)25℃时1g水中含H+的个数为________。

(3)室温下,1mol水中含OH-的物质的量为________mol。

答案:

(1)10-6 10-6NA 

(2)10-10NA

(3)1.8×10-9

[能力提升]

11.在相同温度下,0.01mol·L-1的NaOH溶液和0.01mol·L-1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1.0×10-12mol·L-1

C.由水电离出的c(OH-)都是0.01mol·L-1

D.两者都促进了水的电离

解析:

选A。

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。

12.下列说法正确的是(  )

A.pH=5的溶液一定是酸性溶液

B.室温时,pH=5的溶液和pH=3的溶液相比,前者c(OH-)是后者的100倍

C.室温下,每1×107个水分子中只有1个水分子发生电离

D.HCl溶液中无OH-,NaOH溶液中无H+,NaCl溶液中既无OH-也无H+

解析:

选B。

用pH表示溶液的酸碱性必须指明温度,pH=5的溶液也可能是碱性或中性溶液,A项错误;pH=5的溶液与pH=3的溶液相比较,前者c(H+)是后者的1/100,根据Kw=c(H+)·c(OH-)可知,前者c(OH-)是后者的100倍,B项正确;室温下,水中c(H+)=1×10-7mol/L,可理解为每升水中有1×10-7mol发生电离,1L水的物质的量为

≈55.6mol,即每55.6×107个水分子中有1个水分子发生电离,C项错误;由于水的电离,水溶液中同时存在OH-和H+,D项错误。

13.为更合理地表示溶液的酸碱性,科学家提出“酸度”(用AG表示)概念,AG=lg[c(H+)/c(OH-)]。

下列叙述中正确的是(  )

A.任何温度下,纯水的AG等于0

B.溶液的AG越小,酸性越强

C.常温下,0.1mol·L-1盐酸的AG=13

D.25℃时,某溶液的AG=-10,其pH=10

解析:

选A。

任何温度下,纯水中c(H+)=c(OH-),故AG=0;酸性越强,H+浓度越大,OH-浓度越小,AG越大;0.1mol·L-1盐酸中,c(OH-)=10-13mol·L-1,AG=12;AG=-10,即lg[c(H+)/c(OH-)]=-10,c(OH-)=1010c(H+),由c(H+)·c(OH-)=10-14得,c(H+)=10-12mol·L-1,pH=12。

14.在某温度下的水溶液中,c(H+)=10xmol/L,c(OH-)=10ymol/L,x与y的关系如图所示:

(1)该温度下,水的离子积为________。

(2)该温度下,0.01mol/LNaOH溶液中c(H+)为________。

解析:

(1)选取图像中的一点,如当x=-5时,y=-10,故水的Kw=10-5·10-10=10-15。

(2)0.01mol/LNaOH溶液中,c(OH-)=10-2mol/L,故c(H+)=

=10-13(mol/L)。

答案:

(1)10-15 

(2)10-13mol/L

15.已知水在25℃和100℃时,电离平衡曲线如图所示:

(1)25℃时水的电离平衡曲线应为________(填“A”或“B”),请说明理由:

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)下列措施能影响水的电离平衡,并使溶液中的c(H+)>c(OH-)的是________。

A.向纯水中投入少量Na2O2

B.将水加热煮沸

C.向水中通入SO2

D.向水中加入NaCl

解析:

(1)水的电离是吸热过程,当温度升高时,促进水的电离,水的离子积增大,水中c(H+)、c(OH-)都增大,结合图像中A、B曲线变化情况及c(H+)、c(OH-)可以判断25℃时水的电离平衡曲线应为A。

(2)影响水电离平衡的因素很多。

A项生成NaOH,使c(OH-)>c(H+);B项可促进水的电离,但c(H+)=c(OH-);C项SO2可与水反应生成H2SO3,抑制水的电离,但H2SO3

H++HSO

,使c(H+)>c(OH-);D项对水的电离无影响。

答案:

(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)C

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