3.2.1水的电离、溶液的酸碱性与pH 学案（含答案）

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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。