3.2.1 水的电离和溶液的酸碱性 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第三章 水溶液中的离子反应与电离平衡 第二节 水的电离和溶液的pH 课时1 水的电离 2025/9/12 2 2024级化学组江福胜 核心素养 宏观辨识与微观探析： 认识水的电离，知道水的离子积常数,能从宏观和微观相结合的视角，理解水的电离存在电离平衡。 证据推理与模型认知： 通过分析、推理等方法知道溶液pH的概念、溶液酸碱性与pH的关系，建立溶液酸碱性判断的思维模型。 科学探究与创新意识 能运用电离平衡描述和解释化学现象，并预测可能的结果，树立对立统一、联系发展和动态平衡的观点。 2025/9/12 3 2024级化学组江福胜 课堂导入 在水溶液中，酸、碱和盐全部或部分以离子形式存在： CH3COOH CH3COO− H3O+ Cl− 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？ 2025/9/12 4 2024级化学组江福胜 一、水的电离 1. 实验探究 2025/9/12 5 2024级化学组江福胜 水的导电性实验 定性分析：精确的电导性实验表明，纯水大部分以H2O分子的形式存在，但其中也存在着极少量的离子 电导率仪 实验结论：纯水能发生微弱的电离 一、水的电离 1. 实验探究 2025/9/12 6 2024级化学组江福胜 定量分析：利用精密pH试纸测定：常温下，纯水的pH=7 pH试纸如何使用呢？ 将pH试纸放在玻璃片上，用干燥、洁净的玻璃棒蘸待测液点在pH试纸上，然后与标准比色卡进行对照，读出所测溶液的pH 实验测定结果：pH＝7 一、水的电离 1. 实验探究 2025/9/12 7 2024级化学组江福胜 (3)水的电离度α c(H+)＝c(OH-)＝1×10-7 mol/L n(H2O)＝55.56 mol 1 LH2O中，只有1×10-7 mol发生电离，α=1.8×109 (1)1 L 水的物质的量 n(H2O)＝1000 g ÷18 g‧mol-1 (2)水中H+和OH-浓度 pH＝7 实验结论：纯水能发生微弱的电离 定量分析：利用精密pH试纸测定：常温下，纯水的pH=7 一、水的电离 1. 实验探究 2025/9/12 8 2024级化学组江福胜 一、水的电离 2. 水的电离过程 水的电离方程式可简写： H2O H3O+ H2O OH- 水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离 水分子电离过程示意图 2025/9/12 9 2024级化学组江福胜 一、水的电离 2. 水的离子积 )=55.6mol/L是一个常数 常数： 水的离子积常数，简称水的离子积 方案一：取适量NaOH固体于烧杯中，向其中加入适量的水，分别配制成0.001 mol/L和0.1 mol/L NaOH溶液，用pH计测量两溶液的pH(25 ℃) 2025/9/12 10 2024级化学组江福胜 一、水的电离 pH计 NaOH溶液 pH(25 ℃) 0.001 mol/L 11.0 0.1 mol/L 13.0 2. 水的离子积——应用范围 25 ℃，上述所配NaOH溶液中的H＋浓度与OH－浓度 c(NaOH) pH 溶液中 c总(H＋) 水电离出的 c(H＋) 溶液中 c总(OH－) c(H＋)·c(OH－) 0.001 11.0 1.0×10－11 1.0×10－11 0.001 1.0×10－14 0.1 13.0 1.0×10－13 1.0×10－13 0.1 1.0×10－14 2025/9/12 11 2024级化学组江福胜 一、水的电离 注：表中浓度单位均为mol/L ≈c(OH－)NaOH c(H＋)水 c(OH－)水 c(OH－)NaOH＋c(OH－)水 2. 水的离子积——应用范围 方案二：取适量浓盐酸于烧杯中，向其中加入适量的水，分别配制成0.001 mol/L和0.1 mol/L HCl溶液，用pH计测量两溶液的pH(25 ℃) 2025/9/12 12 2024级化学组江福胜 一、水的电离 pH计 HCl溶液 pH(25 ℃) 0.001 mol/L 3.0 0.1 mol/L 1.0 2. 水的离子积——应用范围 25 ℃，上述所配HCl溶液中的H＋浓度与OH－浓度 c(HCl) pH 溶液中 c总(H＋) 水电离出的 c(OH) 溶液中 c总(OH－) c(H＋)·c(OH－) 0.001 3.0 1.0×10－3 1.0×10－11 1.0×10－11 1.0×10－14 0.1 1.0 1.0×10－1 1.0×10－13 1.0×10－13 1.0×10－14 2025/9/12 13 2024级化学组江福胜 一、水的电离 注：表中浓度单位均为mol/L ≈c(OH－)HCl c(H＋)总=c(H＋)酸+c(H＋)水 c(H)水 c(OH－)水 2. 水的离子积——应用范围 2025/9/12 14 2024级化学组江福胜 一、水的电离 2. 水的离子积 不一定 c(H＋)和c(OH－)均指溶液中H＋或OH－的总浓度， 如盐酸中的H＋包括HCl和H2O电离产生的H＋，即c(H＋)＝c酸(H＋)＋c水(H＋)，而OH－全部来自水的电离 但是，无论什么水溶液，由水电离出的c水(H＋)=c水(OH) 水的离子积常数中H＋和OH－一定是水电离出来的吗？ 2025/9/12 15 2024级化学组江福胜 一、水的电离 KW＝c(H)·c(OH) KW 叫做水的离子积常数，简称水的离子积 25 ℃时，c(H+)＝c(OH)＝1×107 KW 为常数，无单位 ( KW＝1×1014 ) KW 不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液 Kw表达式中c(H＋)、c(OH－)均表示整个溶液中总物质的量浓度，一般情况下有： Kw＝c酸(H＋)·c水(OH－) (忽略水电离出的H＋的浓度) Kw＝c水(H＋)·c碱(OH－) (忽略水电离出的OH－的浓度) 酸溶液中 碱溶液中 2. 水的离子积——应用范围 2025/9/12 16 2024级化学组江福胜 注：表中浓度单位均为mol/L 25 ℃，不同浓度NaOH溶液中的H＋浓度与OH－浓度 编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ c(NaOH) 1×103 5×10 1×102 2×102 5×102 1×101 c(OH) pH 11.0 11.7 12.0 12.3 12.7 13.0 c(H) c(H)·c(OH) 1×103 5×103 1×102 2×102 5×102 1×101 1×1011 1×1012 1×1013 2×1012 5×1013 2×1013 1×10－14 结论：25 ℃时，稀NaOH溶液中c(H＋)·c(OH－)为常数 1×10－14 1×10－14 1×10－14 1×10－14 1×10－14 一、水的电离 3. 水的离子积的影响因素 2025/9/12 17 2024级化学组江福胜 注：表中浓度单位均为mol/L 25 ℃，不同浓度HCl溶液中的H＋浓度与OH－浓度 编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ c(HCl) 1×103 5×10 1×102 2×102 5×102 1×101 c(H) pH 3.0 2.3 2.0 1.7 1.3 1.0 c(OH) c(H)·c(OH) 1×103 5×103 1×102 2×102 5×102 1×101 1×1011 1×1012 1×1013 2×1012 5×1013 2×1013 1×10－14 结论：25 ℃时，稀HCl溶液中c(H＋)·c(OH－)为常数 1×10－14 1×10－14 1×10－14 1×10－14 1×10－14 一、水的电离 3. 水的离子积的影响因素 水的离子积和溶液的酸碱性无关，不受浓度的影响 2025/9/12 18 2024级化学组江福胜 一、水的电离 3. 水的离子积的影响因素 随着温度的升高，水的离子积增大 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 只和温度有关！！！ 2025/9/12 19 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 根据25 ℃时，水的电离平衡，运用平衡移动原理分析：酸性溶液中是否存在OH？碱性溶液中是否存在H ？改变外界条件后，溶液中，c(H)和c(OH)的变化趋势？ 2025/9/12 20 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 1. 实验探究水电离平衡移动的影响因素 实验 改变c(H+)或c(OH−) 改变温度 实验 方案 加入NaOH固体，冷却后测溶液pH 通入HCl气体，测溶液pH 加NaHSO4测溶液pH 加活泼金属单质，测溶液pH 升高温度、降低温度，分别测水pH 实验 现象 实验 结论 溶液显碱性 溶液显酸性 溶液显 碱性 溶液显酸性 溶液显中性 pH减小 水的电离平衡发生了移动 2025/9/12 21 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 1. 实验探究水电离平衡移动的影响因素 体系 c(H) c(OH) c(H)和c(OH) 的大小比较 平衡移动 方向 Kw 加入少量NaOH(s) 加入HCl(g) 加入NaHSO4(s) 减小 根据水的电离平衡，思考下列情况中，c(H)和c(OH)的如何变化？ 增大 c(H)＜c(OH) 逆向 不变 增大 减小 c(H)＞c(OH) 逆向 不变 增大 减小 c(H)＞c(OH) 逆向 不变 (1)同离子效应：加入能电离出H+/OH的电解质，抑制水的电离平衡 2025/9/12 22 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 1. 实验探究水电离平衡移动的影响因素 体系 c(H) c(OH) c(H+)和c(OH-) 的大小比较 平衡移动 方向 Kw 加入活泼金属Na 加入FeCl3 减小 根据水的电离平衡，思考下列情况中，c(H+)和c(OH-)的如何变化？ 增大 c(H)＜c(OH) 正向 不变 (2)离子反应效应：加入能和H+/OH反应的电解质，促进水的电离平衡 增大 减小 c(H)＞c(OH) 正向 不变 用pH计测定不同温度下纯水的pH，计算Kw t/℃ 10 25 90 pH 7.3 7.0 6.2 Kw/10-14 数据处理 2025/9/12 23 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 1. 实验探究水电离平衡移动的影响因素 实验：将水分别升高温度、降低温度，测量水的pH H2O ⇌H+ + OH ∆H ＞0 0.296 1.01 37.1 (3)温度：升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw 增大 2025/9/12 24 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 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＋)与水电离出的c(OH－)一定相等 25 ℃时，由水电离出的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1的溶液可能呈酸性，也可能呈碱性 2. 水电离平衡移动的影响因素 (1)同离子效应：加入能电离出H+/OH的电解质，抑制水的电离平衡 (2)离子反应效应：加入能和H+/OH反应的电解质，促进水的电离平衡 (3)温度：升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw 增大 pH＞7的溶液不一定显碱性，pH＜7的不一定显酸性 2025/9/12 25 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 3. 水的电离平衡曲线 曲线外的任意点(如d)与曲线上任意点的Kw_____，温度______。 曲线上的任意点(如a，b，c)的Kw都_______，即c(H＋)·c(OH－)______，温度______。 实现曲线上点之间的转化需保持温度不变，改变_________；实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定改变________。 相同 相同 相同 不同 不同 酸碱性 温度 2025/9/12 26 2024级化学组江福胜 二、水的电离平衡移动 3. 水的电离平衡曲线 b→a：加入酸 b→c：加入碱 d→b：控制c(OH)不变，升高温度(升高温度的同时加入酸) 蓝色直线上的任何点，溶液显中性 蓝色直线以下的区域，c(OH)＞c(H)，溶液显酸性 蓝色直线以上的区域，c(OH−)＜c(H)，溶液显碱性 c(OH)=c(H) 例1 水的电离过程为H2O ⇌H++OH-。在25 ℃、35 ℃时水的离子积常数分别为1.0×10-14、2.1×10-14。下列叙述正确的是(　) A.水的电离是放热过程 B.水的电离度:α(25 ℃)>α(35 ℃) C.在35 ℃时,纯水中c(H+)>c(OH-) D.纯水中c(H+)随着温度的升高而增大 D 2025/9/12 27 2024级化学组江福胜 课堂练习 27 例2 已知水的电离平衡曲线如图所示,下列说法正确的是 (　) A.图中A、B、C、D、E五点的KW间的大小关系 是B>C>E>A>D B.若从A点到D点,可采用的措施是加入少量的 NaOH固体 C.B点对应温度条件下,某溶液中c(H+)=1×10-7 mol· L-1,此时溶液中c(OH-)为1×10-5 mol·L-1 D.若处在A点温度时,将c(H+)=1.0×10-2 mol·L-1的醋酸溶液与c(OH-)=1.0×10-2 mol·L-1的氢氧化钾溶液等体积混合后,溶液显中性 C 2025/9/12 28 2024级化学组江福胜 课堂练习 28 2025/9/12 29 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 1. 溶液的酸碱性与c(H)、c(OH)的关系 溶液的酸碱性由c(H)和c(OH)相对大小决定 常温时：KW＝ c(H) · c(OH) ＝ 1×1014 c(H) ＝ c(OH) c(H) ＞ c(OH) c(H) ＜ c(OH) 中性 酸性 碱性 c(H+) =1×10-7 c(H+) ＞1×10-7 c(H+) ＜1×10-7 2025/9/12 30 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 2. 溶液的pH pH=﹣lgc(H) c(H) = 10-pH 适用范围 稀溶液(当c(H)或c(OH)<1 mol/L时用pH表示酸碱性) 常温时：KW＝ c(H) · c(OH) ＝ 1×1014 c(H) =1×107 pH=﹣lgc(H)＝7 2025/9/12 31 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 3. 溶液的酸碱性与pH的关系 常温时：KW＝ c(H+) · c(OH-) ＝ 1×10-14 pH 溶液的酸碱性 pH＜7 溶液呈酸性，pH越小，酸性越强 pH＝7 溶液呈中性 pH＞7 溶液呈碱性，pH越大，碱性越强 c(H+) 2025/9/12 32 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 3. 溶液的酸碱性与pH的关系 请你说说！pH＜7的溶液一定显酸性吗？ T/℃ 0 10 20 25 40 50 100 Kw/10-14 0.114 0.292 0.681 1.00 2.92 5.47 55.0 H2O H＋ ＋OH－ KW＝1×1014 c(H+) =1×107 pH=﹣lgc(H)＝7 Kw = 55×1014≈ 1.0×1012 c(H+) =1×106 pH=﹣lgc(H)＝6 溶液的pH一定要注意温度 2025/9/12 33 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH H2O H＋ ＋OH－ KW＝1×1014 c(H+) =1×107 pH=﹣lgc(H)＝7 Kw = 55×1014≈ 1.0×1012 c(H+) =1×106 pH=﹣lgc(H)＝6 已知水在25 ℃和100 ℃时的电离平衡曲线如图所示 25 ℃ 100 ℃ 3. 溶液的酸碱性与pH的关系 2025/9/12 34 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 4. pH的测量 将pH试纸放在玻璃片上，用干燥、洁净的玻璃棒蘸待测液点在pH试纸上，然后与标准比色卡进行对照，读出所测溶液的pH 实验测定结果：pH＝7 (1)广泛pH试纸 (2)精密pH试纸 (范围：0—14；精度：1) (范围：0—14；精度：0.2/0.3) pH试纸的使用 2025/9/12 35 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 4. pH的测量 (3)pH计 (量程：0—14；精度：0.01) 2025/9/12 36 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 5. pH的应用 (1)人体健康调控 ①血液酸碱平衡‌：人体血液pH维持在7.35-7.45，超出该范围会导致酸中毒或碱中毒，需通过呼吸和肾脏功能调节。 ②消化系统功能‌：胃液pH约1.5-3.5，强酸性环境帮助分解食物并杀灭病原体。 ③皮肤保护机制‌：皮肤表面pH约5.5，弱酸性环境抑制有害菌生长，维持屏障功能。 2025/9/12 37 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 5. pH的应用 ‌(2)农业生产调控‌ ①土壤改良‌：多数作物适宜pH 6-7.5，酸性土壤施用石灰（CaCO₃）调节，碱性土壤使用硫磺或硫酸亚铁改良。 ②养分吸收优化‌：土壤pH影响微量元素的溶解度，例如铁在碱性土壤中易沉淀导致作物缺铁 2024级化学组江福胜 2025/9/12 38 三、溶液的酸碱性与pH 5. pH的应用 作物 pH范围 作物 pH范围 水稻 6-7 生菜 6-7 小麦 6.3-7.5 薄荷 7-8 玉米 6-7 苹果 5-6.5 大豆 6-7 香蕉 5.5-7 油菜 6-7 草莓 5-7.5 棉花 6-8 水仙 6-6.5 马铃薯 4.8-5.5 玫瑰 6-7 洋葱 6-7 烟草 5-6 2025/9/12 39 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 5. pH的应用 (3)‌工业生产应用‌ ①食品加工‌：啤酒发酵需控制pH 4-5促进酵母活性；乳制品加工中调节pH实现蛋白质稳定。‌‌ ②‌制药工艺‌：药物合成反应常需特定pH环境，如胰岛素纯化需在pH 2.8条件下进行。‌‌ ③电镀技术‌：镀液pH值影响镀层质量，如镀镍液pH需维持在3.8-5.6 2025/9/12 40 2024级化学组江福胜 三、溶液的酸碱性与pH 5. pH的应用 例3 下列溶液肯定显酸性的是 (　) A.c(OH-)<c(H+)的溶液 B.含H+的溶液 C.pH<7的溶液 D.加酚酞显无色的溶液 A 例4 常温下,由水电离出的c水(H+)=10-13 mol·L-1的溶液中,下列离子组在该溶液中一定能大量共存的是(　) A.Na+、K+、C、Cl- B.Na+、K+、Cl-、N C.Cu2+、Fe2+、Cl-、N D.Na+、Mg2+、S、HC B 2025/9/12 41 2024级化学组江福胜 课堂练习 41 例5 [2023·河南郑州期中] 现有常温下由水电离出的c水(H+)均为1×10-12 mol·L-1的4种溶液: ①HCl溶液、②CH3COOH溶液、③NaOH溶液、④氨水。 有关上述溶液的比较中不正确的是 (　) A.等体积的①②溶液分别与足量镁条反应,生成H2的量①多 B.向等体积溶液中分别加水稀释100倍后,溶液的pH:④>③>①>② C.①③溶液等体积混合后,溶液显中性 D.等体积的四种溶液导电能力几乎相等 A 2025/9/12 42 2024级化学组江福胜 课堂练习 42 2025/9/12 43 2024级化学组江福胜 拓展延伸 格罗斯特机制 德国化学家西奥多·格罗特斯在1806年的“电流分解液体的理论”中，格罗特斯提出了水电导率理论。格罗特斯提出：质子通过氢键与O-H共价键为桥梁，在相邻两个水分子间跳跃前行，完成传递。这就是著名的格罗斯特机制，又名“质子跳跃”机制。 200年以来，随着微观表征技术的进步，科学家们渐渐意识到，格罗斯特机制并非严格正确。但打破了旧机理，却没有迎来公认的新理论。因此，格罗斯特机制一直存在于教科书中，用以解释质子在水中的传递过程。 43 2025/9/12 44 2024级化学组江福胜 课堂总结 一、水的电离 定性 定量 H2O H+ + OH- KW＝c(H+)·c(OH-) 温度 浓度 升温，平衡正向移动 降温，平衡逆向移动 c(H+)或c(OH-)增大， 平衡逆向移动 常温时，pH＝7 二、溶液的酸碱性与pH c(H+) ＝ c(H+) c(H+) ＞ c(H+) c(H+) ＜ c(H+) 中性 酸性 碱性 常温时，KW＝1×10-14 pH＜7 pH＞7 pH＝－lgc(H+) 1. 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)水是生命之源,纯水由25 ℃升温至80 ℃时,c(H+)增大,溶液呈酸性 (　) (2)某温度下,纯水中c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1,则此时c(OH-)= mol·L-1=5×10-8 mol·L-1 (　) ×　　 × (3)在实验室测某溶液的pH时,先用蒸馏水润湿pH试纸,然后用洁净、干燥的玻璃棒蘸取待测液进行测定 (　) (4)因为水的离子积常数的表达式是KW=c(H+)·c(OH-),所以KW随溶液中c(H+)和c(OH-)的变化而变化 (　) (5)用广泛pH试纸测得某溶液的pH为3.4 (　) × × × 2025/9/12 45 2024级化学组江福胜 课堂评价 45 2.常温下,某溶液中由水电离出来的c水(H+)=1.0×10-12 mol·L-1,该溶液可能是 ①二氧化硫的水溶液　②氯化钠溶液 ③硝酸钠溶液　④氨水 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ A　　 3.室温下,将纯水加热至沸腾,下列叙述正确的是( 　) A.水的离子积变大、pH变小、呈酸性 B.水的离子积不变、pH不变、呈中性 C.水的离子积变小、pH变大、呈碱性 D.水的离子积变大、pH变小、呈中性 D　　 2025/9/12 46 2024级化学组江福胜 课堂评价 4.已知室温时,0.1 mol·L-1的某一元酸HA在水中有0.01%发生电离,回答下列各问题: (1)HA的电离平衡常数K=　　　　　　,该溶液pH为　　　　。  1×10-9 5 (2)升高温度时,K将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”) 。  (3)HA电离出的H+对于H2O ⇌H++OH-平衡起到了　　　　(填“抑制”或“促进”)作用。  (4)加入一定量蒸馏水,上述平衡将　　　　移动,n(H+)　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  增大 抑制 正向 增大 2025/9/12 47 2024级化学组江福胜 课堂评价 (5)加入少量0.5 mol·L-1盐酸,上述平衡将　　　　　移动,c(H+)　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (6)0.1 mol·L-1HA溶液中,由HA电离出的c(H+)约为水电离出的c水(H+)的 　　　　倍。 逆向 [解析] (5)加入少量0.5 mol·L-1盐酸,氢离子浓度增大,平衡将逆向移动。 (6)由HA电离出的c(H+)= 1×10-5 mol ·L-1,由水电离出的c水(H+)= mol ·L-1=1×10-9 mol ·L-1,由HA电离出的c(H+)约为水电离出的c水(H+)的104倍。 增大 104 2025/9/12 48 2024级化学组江福胜 课堂评价 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $