3.2.1 水的电离　溶液的酸碱性与pH(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第二节　水的电离和溶液的pH 第1课时　水的电离　溶液的酸碱性与pH 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.能从微观角度通过c（H＋）与c（OH－）的相对大小判断溶液的酸碱性，同时从宏观角度通过pH计、pH试纸等测定溶液的酸碱性。 2.认识水的电离，了解水的离子积常数，能进行溶液pH的简单计算。 （见学生用书P67） 1　水的电离 1.水的电离 （1）水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离。 （2）电离方程式：　􀀁2H2OH3O＋＋OH－　，可简写为　􀀂H2OH＋＋OH－　。 2.水的离子积常数 （1）当水的电离达到平衡时，电离产物H＋和OH－浓度之积是一个常数，记作　􀀃Kw　，叫作　􀀄水的离子积常数　，简称　􀀅水的离子积　。Kw＝　􀀆c（H＋）·c（OH－）　。 （2）常温下，Kw＝　􀀇1.0×10－14　。随着温度的升高，水的离子积　􀀈增大　。 2　溶液的酸碱性与pH 1.溶液的酸碱性 溶液中H＋和OH－的存在及其量的关系（常温下） c（H＋）与c（OH－）的关系 c（H＋）的范围（mol/L） 中性溶液 c（H＋）　􀀉＝　c（OH－） c（H＋）　⑩＝　1.0×10－7 酸性溶液 c（H＋）　⑪＞　c（OH－） c（H＋）　⑫＞　1.0×10－7 碱性溶液 c（H＋）　⑬＜　c（OH－） c（H＋）　⑭＜　1.0×10－7 2.溶液的酸碱性与pH （1）pH 对于c（OH－）和c（H＋）都较小的稀溶液（＜1 mol/L），用pH表示其酸碱度更方便。pH是c（H＋）的负对数，即pH＝　⑮－lg c（H＋）　。例如： c（H＋）＝1×10－7mol/L的中性溶液，pH＝　⑯－lg 10－7＝7　。 c（H＋）＝1×10－5mol/L的酸性溶液，pH＝　⑰－lg 10－5＝5　。 c（H＋）＝1×10－9mol/L的碱性溶液，pH＝　⑱－lg 10－9＝9　。 （2）溶液的酸碱性与pH的关系 常温下，中性溶液的pH＝7，酸性溶液的pH＜7，碱性溶液的pH＞7。pH越大，溶液的碱性越强；pH越小，溶液的酸性越强。 （3）溶液酸碱性的测定方法 可以用　⑲pH试纸　测量，也可以用　⑳pH计　测量。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）升高温度，水的电离平衡右移，溶液中的c（H＋）和c（OH－）均增大，但Kw不变。（　×　） （2）25 ℃时，水的离子积Kw＝1×10－14，35 ℃时，水的离子积Kw＝2.1×10－14，则35 ℃时水中的c（H＋）＞c（OH－）。（　×　） （3）某温度下，纯水中c（H＋）＝2.0×10－7mol·L－1，则此时c（OH－）＝ mol·L－1＝5×10－8 mol·L－1。（　×　） （4）25 ℃时，0.1 mol·L－1的盐酸中，由水电离出的c（H＋）＝1.0×10－13mol·L－1。（　√　） （5）H＋浓度为1.0×10－7mol·L－1的溶液一定显酸性。（　×　） （6）利用湿润的pH试纸测溶液的pH，所测数值一定偏大。（　×　） 　 名师提醒 （1）水的电离吸热，升高温度，水的电离平衡向右移动，但c（H＋）、c（OH－）仍然相等，为中性。 （2）溶液酸碱性的本质是H＋与OH－浓度的相对大小。pH为7和H＋浓度为1×10－7mol/L的溶液呈中性，这一结论只在常温下适用。 （3）用湿润的pH试纸测溶液的酸碱性，相当于对原溶液稀释，会影响酸性和碱性溶液的测量值，但不会影响中性溶液的测量值。 （见学生用书P68） 1　水的电离影响因素及计算 1.某温度下，NaCl稀溶液中，c（H＋）＝2.0×10－7mol/L，该温度下，水的离子积是多少？ NaCl溶液呈中性，c（H＋）＝c（OH－），则Kw＝c（H＋）·c（OH－）＝2.0×10－7×2.0×10－7＝4.0×10－14 2.已知水中存在电离平衡H2OH＋＋OH－，通入HCl气体，平衡向哪个方向移动？加入少量NaOH固体呢？ 均向左移动。c（H＋）、c（OH－）增大时，平衡均向左移动。 1.影响水的电离平衡的因素 水的电离：H2OH＋＋OH－　ΔH＞0 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 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.水电离出的c（H＋）或c（OH－）的计算 Kw表达式中，c（H＋）、c（OH－）均表示整个溶液中的总物质的量浓度，但是一般情况下有： （1）酸溶液中Kw＝c酸（H＋）·c水（OH－）（忽略水电离出的H＋的浓度）。 （2）碱溶液中Kw＝c水（H＋）·c碱（OH－）（忽略水电离出的OH－的浓度）。 （3）外界条件改变，水的电离平衡发生移动，但由水电离出的c（H＋）、c（OH－）一定相等。 【例题1】已知水在t1 ℃和t2 ℃时，电离平衡曲线如图所示（t1＜t2），回答下列问题： （1）t1 ℃时水的电离平衡曲线应为　　　　（填“A”或“B”），请说明理由　　　　 　　　　。 （2）将A点变为B点，采取的措施是　　　　。 （3）C点c（H＋）＝　　　　，D点稀盐酸溶液中由水电离出的H＋浓度c水（H＋）＝　　　　。 思维导引：水的电离是吸热的，温度升高促进水的电离。任何溶液中由水电离的H＋与OH－浓度都相等。 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，已知t1＜t2，结合图像可以判断t1 ℃时水的电离平衡曲线应为A。（2）A点Kw＝10－14，B点Kw＝10－12，故由A点变为B点需进行升温。（3）c（H＋）＝＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1。D点稀盐酸溶液中c（H＋）＝1×10－6mol·L－1，溶液中由水电离出的H＋与OH－浓度相同：c（OH－）＝＝ mol·L－1＝10－8 mol·L－1。 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）升高温度至t2 ℃ （3）10－8 mol·L－1　10－8 mol·L－1 【变式1】25 ℃时，下列四种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比是（　　） ①1 mol·L－1的盐酸　②0.1 mol·L－1的盐酸 ③0.01 mol·L－1的NaOH溶液 ④1 mol·L－1的NaOH溶液 A.1∶10∶100∶1 B.1∶10－1∶10－12∶10－14 C.14∶13∶12∶14 D.14∶13∶2∶1 答案　A　 解析　25 ℃时，Kw＝1×10－14。酸溶液中由水电离出的c（H＋）等于该溶液中由水电离出的c（OH－）。①c（H＋）＝1 mol·L－1，由水电离出的c（H＋）与溶液中c（OH－）相等，等于10－14 mol·L－1；②c（H＋）＝0.1 mol·L－1，则由水电离出的c（H＋）＝10－13mol·L－1。碱溶液中由水电离出的c（H＋）等于该溶液中的c（H＋）；③c（OH－）＝0.01 mol·L－1，由水电离出的c（H＋）＝10－12 mol·L－1；④由水电离出的c（H＋）＝10－14 mol·L－1。即四种溶液中由水电离出的c（H＋）之比为10－14∶10－13∶10－12∶10－14＝1∶10∶100∶1。 2　溶液的酸碱性与pH的计算 3. c（H＋）＞1×10－7mol/L的溶液一定呈酸性吗？ 不一定。温度不确定，根据c（H＋）＞1×10－7 mol/L不能判断溶液的酸碱性。 4.25 ℃ 时，pH＝2的盐酸与pH＝5的盐酸等体积混合的pH是多少？ c（H＋）＝ mol/L≈ mol/L，则pH＝－lg c（H＋）＝－lg ≈2.3。 1.溶液酸碱性的判断依据 2.溶液pH计算的一般思维模型 3.酸碱溶液稀释时pH的变化（25 ℃） 酸（pH＝a） 碱（pH＝b） 弱酸 强酸 弱碱 强碱 稀释10n倍 a＜pH＜a＋n pH＝a＋n b＞pH＞ b－n pH＝ b－n 无限稀释 pH趋向于7 【例题2】计算25 ℃时下列溶液的pH： （1）1 mL pH＝2的H2SO4加水稀释至100 mL，pH＝　　　　。 （2）0.001 mol/L的盐酸，pH＝　　　　。 （3）0.01 mol/L的NaOH溶液，pH＝　　　　。 （4）0.015 mol/L的硫酸与0.01 mol/L的NaOH等体积混合，混合溶液的pH＝　　　　。 思维导引：首先辨析清楚溶液的类型和对应的计算方法，再代入数值进行相关计算。 解析　（1）强酸稀释100倍，pH变化2个单位，即稀释后溶液的pH＝4。（2）c（H＋）＝10－3mol/L，pH＝3。（3）c（OH－）＝0.01 mol/L，c（H＋）＝ mol/L＝10－12 mol/L，pH＝－lg 10－12＝12。（4）酸碱发生中和反应时，酸过量，则c（H＋）＝＝0.01 mol/L，pH＝－lg 0.01＝2。 答案：（1）4　（2）3　（3）12　（4）2 【变式2】按要求计算下列溶液的pH（常温下，忽略溶液混合时体积的变化）： （1）0.1 mol·L－1的CH3COOH溶液（已知CH3COOH的电离常数Ka＝1.8×10－5）。 （2）0.1 mol·L－1的NH3·H2O（NH3·H2O的电离度α＝1％，电离度＝×100％）。 （3）25 ℃时，pH＝3的硝酸和pH＝12的氢氧化钡溶液按照体积比9∶1混合。 解析　（1）　CH3COOHCH3COO－＋H＋ c（初始）mol/L 0.1 0 0 c（电离）mol/L c（H＋） c（H＋） c（H＋） c（平衡）mol/L 0.1－c（H＋） c（H＋） c（H＋） 则Ka＝＝1.8×10－5，解得c（H＋）≈1.3×10－3 mol·L－1，所以pH＝－lg c（H＋）＝－lg （1.3×10－3）≈2.9。 （2）　　 　　　　NH3·H2OOH－　＋　N c（初始）mol·L－1 0.1 0 0 c（电离）mol·L－1 0.1×1％ 0.1×1％ 0.1×1％ 则c（OH－）＝0.1×1％ mol·L－1＝10－3mol·L－1，c（H＋）＝10－11 mol·L－1，所以pH＝11。（3）pH＝3的硝酸溶液中c（H＋）＝10－3 mol·L－1，pH＝12的Ba（OH）2溶液中c（OH－）＝ mol·L－1＝10－2 mol·L－1，二者以体积比9∶1混合，Ba（OH）2过量，溶液呈碱性，混合溶液中c（OH－）＝＝1×10－4 mol·L－1，则混合后c（H＋）＝＝ mol·L－1＝1×10－10 mol·L－1，故pH＝－lg 10－10＝10。 答案：（1）2.9　（2）11　（4）10 （见学生用书P70） 1.（水的电离）下列说法正确的是（　　） A.纯水不能电离 B.在任何条件下，水的离子积都是1.0×10－14 C.水的电离程度很小，其主要存在形态是水分子 D.溶液的酸性越强，水的电离程度越大 答案　C　 解析　水是极弱的电解质，存在电离平衡H2OH＋＋OH－，A项错误；温度升高，水的离子积增大，B项错误；水是极弱的电解质，存在电离平衡H2OH＋＋OH－，常温下，水的离子积Kw＝10－14，可知水的电离程度很小，其主要存在形态是水分子，C项正确；酸性越强，c（H＋）越大，水的电离平衡向左移动，D项错误。 2.（溶液的酸碱性）25 ℃时，下列溶液中酸性最强的是（　　） A. pH＝1的溶液 B.1 L含有60 g NaCl的溶液 C. c（H＋）＝0.01 mol·L－1的溶液 D. N（H＋）∶N（H2O）＝1∶100的溶液 答案　D　 解析　pH＝1的溶液中c（H＋）＝0.1 mol·L－1；1 L含有60 g NaCl的溶液，溶液呈中性，c（H＋）＝1×10－7 mol·L－1；N（H＋）∶N（H2O）＝1∶100的溶液，则n（H＋）∶n（H2O）＝N（H＋）∶N（H2O）＝1∶100，则c（H＋）＝≈0.56 mol·L－1，比较各项c（H＋）可得，酸性最强的是N（H＋）∶N（H2O）＝1∶100 的溶液，故选D项。 3.（水的电离）25 ℃时，在等体积的下列溶液中，①5 mol/L的NaOH溶液；②1 mol/L的Na2SO4溶液；③pH＝1的HCl溶液，由水电离出的H＋物质的量由大到小的顺序为（　　） A.②①③ B.①②③ C.②③① D.③①② 答案　C　 解析　①5 mol/L的NaOH溶液c（OH－）＝5 mol/L，由水电离出的氢离子浓度为c（H＋）＝＝＝2×10－15 mol/L；②1 mol/L的Na2SO4溶液c水（H＋）＝c（H＋）＝c（OH－）＝10－7 mol/L；③pH＝1的HCl溶液c（H＋）＝0.1 mol/L水电离出的氢离子浓度为c水（H＋）＝c水（OH－）＝＝＝10－13 mol/L；综上所述，氢离子浓度由大到小顺序为②③①，故选C项。 4.（与pH有关的计算）25 ℃时pH＝2和pH＝4的两种稀硫酸，等体积混合后，下列结论正确的是（　　） A. c（H＋）＝1.0×10－3 mol·L－1 B. c（OH－）＝2.0×10－12 mol·L－1 C. pH＝2.3 D. pH＝3 答案　C　 解析　pH＝2和pH＝4的两种稀硫酸，且设两者体积为V L，等体积混合后，c（H＋）＝mol/L＝0.00505 mol/L＝5.05×10－3mol/L。根据分析，c（H＋）＝0.00505 mol/L＝5.05×10－3 mol/L，A项错误；c（OH－）＝mol/L＝1.98×10－12 mol/L，B项错误；pH＝－lg（5.05×10－3）≈2.3，C项正确，D项错误。 5.（综合应用）如表是不同温度下水的离子积数据： 温度/ ℃ 25 t1 t2 水的离子积 1×10－14 a 1×10－12 试回答下列问题： （1）若25＜t1＜t2，则a　　　　（填“＞”“＜”或“＝”）1×10－14，做出此判断的理由是　　　　。 （2）在t1时，测得纯水中的c（H＋）＝2.4×10－7mol·L－1，则c（OH－）为　　　　。该温度下，测得某H2SO4溶液中c（S）＝5×10－6mol·L－1，该溶液中c（OH－）＝　　　　mol·L－1。 解析　（1）水是弱电解质，存在电离平衡，电离时吸热。所以温度升高，水的电离程度增大，离子积增大。（2）水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等，则该温度下纯水中的c（H＋）＝c（OH－）＝2.4×10－7mol·L－1，Kw＝c（H＋）·c（OH－）＝2.4×10－7×2.4×10－7＝5.76×10－14，该温度下，某H2SO4溶液中）＝5×10－6mol·L－1，则溶液中c（H＋）＝2c（S）＝1×10－5mol·L－1，c（OH－）＝ mol·L－1＝5.76×10－9mol·L－1。 答案：（1）＞　温度升高，水的电离程度增大，离子积增大　（2）2.4×10－7mol·L－1 5.76×10－9 学科网（北京）股份有限公司 $$