3.2水的电离和溶液的PH 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第三章《水溶液中的离子反应与平衡》 导学案 第二节 水的电离和溶液的pH 【核心素养】 1.能用化学用语正确表示水的电离平衡，能通过实验证明水中存在离子平衡，诊断并发展学生宏观辨识与微观探析核心素养。 2.能将平衡常数迁移至水的离子积，了解水的离子积并能进行简单计算，诊断并发展学生变化观念与平衡思想核心素养。 3.能进行溶液PH的简单计算，正确测定溶液PH，能调控水的PH，诊断并发展学生证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等核心素养。 4.能综合运用离子反应、化学平衡原理，分析解决生产、生活中有关水的电离的实际问题，诊断并发展学生科学态度和社会责任核心素养。 【课程目标】 重点：水的电离平衡、溶液的酸碱性与PH 难点：水的电离平衡的影响因素 【旧知回顾】 1．弱电解质的电离 水溶液中影响电离平衡的因素： CH3COOH CH3COO-+ H+填写下列表格 改变条件 平衡移动方向 c(H+) c(Ac-) c(HAc) 电离程度 导电能力 升高温度 通入HCl 加NaOH（s） 加NaAc（s） 加水 加冰醋酸 2． 电离平衡常数及应用 一元弱酸HA 一元弱碱BOH 电离方程式 － 电离平衡常数表达式 （1）电离平衡常数与温度有关，与浓度无关，升高温度，K增大。 （2）电离平衡常数反映弱电解质的相对强弱，K越大，表示弱电解质越易电离，酸性或碱性越强。 （3）多元弱酸的各步电离常数的大小关系是K1≫K2≫K3……，故其酸性取决于第一步的电离。 【学习过程】 [情景导入] 长江、黄河是中华民族的母亲河，孕育了悠久灿烂的华夏文明。琼江、涪江是潼南的母亲河，千百年来，从潼南穿镜而过，滋养了这片土地上的儿女。 今天，请同学们随老师一起探一探金佛大桥下的一江碧水！ [水资源保护研究] 项目一：污水处理工艺 任务一：掌握PH值的计算 问题1：在污水处理厂中，经过一系列复杂而严谨的处理工艺后，达到了国家规定的排放标准，被排入到江水之中。已知，江水的pH值范围大约在6.5至8.5之间。请你计算污水处理后的c(H+)的阈值。 （1）PH的定义:c(H+)的负对数 （2）适用范围：c(H+)<1mol/L （3）表达式：PH=-lgc(H+) 知识清单1 活动1：污水处理后的c(H+)的阈值________________________________________ 项目二：雨水监测工艺 任务二：认识水的电离 问题2：酸雨对农作物及水生态等不利，随时监测雨水的PH，可以了解空气的污染状况。正常雨水的PH为5.6，此酸性主要是由于雨水溶解了空气中的CO2导致的。设雨水为碳酸溶液，请你分析该溶液中存在的电离平衡。 弱电解质的电离平衡: 弱电解质溶于水后部分电离，产生的离子在溶液中相互碰撞又结合成分子，形成可逆的电离过程。 知识清单2 活动2：碳酸溶液存在的电离平衡________________________________________ ______________________________________________________________ 问题3：在水溶液中，酸、碱、盐全部或部分以离子形式存在，那么，其中的溶剂—水是全部以分子形式存在，还是部分以离子形式存在呢？ 弱电解质的电离平衡: 弱电解质溶于水后部分电离，产生的离子在溶液中相互碰撞又结合成分子，形成可逆的电离过程。 资料卡片1 活动3：结论__________________________________________________________ 自耦电离： 液态极性共价分子化合物电负性强的部分与电负性弱的部分相互作用，自发电离产生合一组份的阴离子与失一组份阳离子的过程。 资料卡片2 活动4：模仿醋酸电离，书写水的电离方程式 标准版_______________________________________________________ 简易版_______________________________________________________ 任务三：了解水的离子积 问题4：正常雨水的PH为5.6，在一定程度上反映了必须掌握的监测临界值。在化学反应原理体系中，我们学习过一个特征值—平衡常数，用来表示化学反应的限度。请你结合所学内容，思考如何衡量水的电离的限度。 活动5：水的电离平衡常数表达式________________________________________ 水的离子积常数表达式_________________________________________ 注意：①Kw—只与温度有关的常数 ②Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质溶液 项目三：中水回用工艺 任务四：探究影响水电离平衡的因素 问题5：各种排水经处理达到规定的水质标准后，可回用于生活、市政和环境。等方面的非饮用水。在中水经过主处理后，为了确保后处理工艺如深度处理（能够顺利进行，并且使处理后的中水水质更加稳定，可能需要再次对 pH 进行调节。请你结合所学内容，思考并设计实验探究如何调节溶液的PH。 勒夏特列原理： 如果改变可逆反应的条件（如浓度、压强、温度等），化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动。 知识清单3 活动6：PH与c(H+)关系角度_____________________________________________ 热化学中的电离过程角度_________________________________________ 实验目的： 1.认识温度、浓度等因素对水的电离平衡的影响 2.深入学习控制变量、对比等科学方法 实验用品： PH计（精度0.1）、小烧杯、滤纸、常温及高温水、0.1mol/L NaOH、0.1mol/L HCl 活动7：实验方案设计__________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ 实验步骤： （一）温度对水的电离平衡的影响（教师演示实验） 1.向两只烧杯中分别加入约30ml室温、高温状态下的纯水； 2.将PH计感应头伸入装有常温水的烧杯，待数据稳定后，记录PH。 3.将PH计感应头伸入装有高温水的烧杯，待数据稳定后，记录PH。 3-1 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 （二）浓度对水的电离平衡的影响 1.向两只烧杯中加入约30ml（室温）的纯水，并向烧杯中分别滴入约2滴HCl溶液、NaOH溶液； 2.用纯水清洗PH计的电极后用滤纸擦干，并将电极先浸入HCl溶液中，待数值稳定后，记录PH。 3.用纯水清洗PH计的电极后用滤纸擦干，并将电极浸入NaOH溶液中，待数值稳定后，记录PH。 实验数据记录： 成分 温度 PH值 c(H+) c(OH-) Kw c(H+)与c(OH-)的相对大小 纯水 室温 （视为25℃） 高温 （视为100℃） 纯水中加入少量盐酸 室温 （视为25℃） 纯水中加入少量氢氧化钠溶液 问题和讨论： 1.结合实验内容，尝试归纳影响水的电离平衡移动的因素。 活动8：结论__________________________________________________________ _____________________________________________________________ 项目四：土壤生态工艺 任务五：判断溶液的酸碱性 问题6：在探究温度对水的电离平衡的影响时，测得数据，当温度升高，PH值降低，溶液中c(H+)增大。请你思考，纯水从常温到高温，水的酸碱度发生变化了吗？水是否从中性变为酸性了？ 25℃时纯水中氢离子的浓度： c(H+)=10-7mol/L， 100℃时纯水中氢离子的浓度： c(H+)=10-6mol/L。 资料卡片3 活动7：结论： 酸性溶液：____________________________________________________________ 碱性溶液：____________________________________________________________ 中性溶液：____________________________________________________________ 问题7：在农业生产中，因土壤的PH影响植物对不同形态养分的吸收及养分的有效性。水稻种植时，如何测定土壤的PH？若发现土壤PH偏低，可以采用哪些方法进行改良？ 活动9：解决方式______________________________________________________ _____________________________________________________________ [归纳总结] 1.水的电离 水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离，其电离方程式为 H2O + H2OH3O＋＋OH－，可简写成H2OH＋＋OH－。 2.水的离子积常数 （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，简称为水的离子积，用Kw表示。 （2）表达式：Kw＝c(H＋)•c(OH－) 25℃时，Kw＝1.0×10－14 影响因素：Kw是一个与温度有关的常数，温度升高，Kw增大。 适用范围：Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。在任何水溶液中均存在H＋和OH－，只要温度不变，Kw不变。 3.影响水的电离平衡的因素 (1)升高温度，水的电离程度增大，Kw增大。 (2)加入酸或碱，水的电离程度减小，Kw不变。 4.判断溶液酸碱性的依据 (1)酸性溶液：c(H+)>c(OH-)，c(H+)>1×10-7mol/L (2)碱性溶液：c(H+)<c(OH-)，c(H+)<1×10-7mol/L (3)中性溶液：c(H+)=c(OH-)，c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L [研究成果检验] 1.判断下列说法的正误。 （1）酸溶液中无OH－，碱溶液中无H＋。 （2）盐酸加水稀释时，溶液中所有离子浓度都降低。 （3）纯水加热到100℃，c(H＋)＝10-6 mol·L－1，大于10-7mol·L－1，则100℃的水呈酸性。 2.（1）在25℃，0.01mol/L盐酸溶液中： c(H+)=_____________________________，c(OH-)=___________________________； c(H+)水=____________________________，c(OH-)水=__________________________。 （2） 室温下，0.01mol/L NaOH溶液中： c(H+)=_____________________________，c(OH-)=___________________________； c(H+)水=____________________________，c(OH-)水=__________________________。 [总结升华] 长江、黄河是中华民族的母亲河，孕育了悠久灿烂的华夏文明。琼江、涪江是潼南的母亲河，千百年来，从潼南穿镜而过，滋养了这片土地上的儿女。 再欣赏以上四幅图片，可以更好的理解“水是生存之本、文明之源。”这句话。水资源保护是一项长期而艰巨的任务，需要我们每个人的共同努力。作为学生，大家不仅要在课堂上学习知识，还要将这些知识运用到实际生活中，更要关注化学领域的新知识、新成果，好好学习为未来的水资源保护提供更多的科学技术支持。 让我们携手共进，用化学知识和行动创造一个更加美丽、清洁的世界而努力！ [课堂空间延申] 1.完成学案及教材P68练习与应用。 2.请以“水资源保护—化学的责任与挑战”为题，写一篇不少于200字的文章，文体不限。 3.思考问题：Na2CO3在工业和生活中的许多应用与碱类似，故而俗称为纯碱。请从Na2CO3溶液的电离过程展开思考Na2CO3溶液为什么显碱性。 [课后作业] 1.在相同温度下，0.01 mol·L－1的NaOH溶液和0.01 mol·L－1的盐酸相比较，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1.0×10－12 mol·L－1 C．由水电离出的c(OH－)都是0.01 mol·L－1 D．两者都促进了水的电离 2.25℃时，水的电离达到平衡：；，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．将水加热，Kw增大，pH不变 C．向水中加入少量固体CH3COONa，平衡逆向移动，c(H＋)降低 D．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H＋)增大，Kw不变 3.水的电离平衡曲线如图所示，下列说法正确的是( ) A．图中对应点的温度关系为a>b>c B．纯水仅升高温度，可从a点变到c点 C．水的电离常数Kw数值大小关系为b>c>d D．d点对应的溶液中大量存在：Fe3＋、Na＋、Cl-、 4．（1）t℃时，水的10-12，则该温度_________(填“>”“<”或“=”)25℃，其理由是_________。 （2）在（1）中所述温度下，c(H+)=1×10-7mol/L的溶液呈_________(填“酸性”“碱性”或“中性”)；若该溶液中只存在NaOH溶质，则水电离c(OH-)=_________。 （3）实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡_________(填“向左”“向右”或“不”，下同)移动。在新制氯水中加入少量NaCl固体，水的电离平衡_________移动。 （4）25℃时，PH=4的盐酸中水的电离程度_________(填“大于”“小于”或“等于”)PH=10的Ba（OH）2溶液中水的电离程度。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$