3-1水的离子积和溶液的pH 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题三 溶液与水溶液中的离子反应 第三节 水的离子积和溶液的pH 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于水的解离平衡的说法，正确的是（ ） A. 水是强电解质，能完全解离为H⁺和OH⁻ B. 水的解离平衡为H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻，该过程是放热反应 C. 25℃时，纯水中[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁷mol/L D. 温度升高，水的解离程度减小，[H⁺]和[OH⁻]浓度降低 2. 加工制造中，电镀液的pH需严格控制，下列关于溶液pH的说法，错误的是（ ） A. pH是衡量溶液酸碱性的物理量 B. pH的计算公式为pH=-lg[H⁺] C. pH=7的溶液一定是中性溶液（常温下） D. 酸性溶液的pH>7，碱性溶液的pH<7 3. 25℃时，水的离子积Kw=[H⁺][OH⁻]，其数值为（ ） A. 1×10⁻¹⁴ B. 1×10⁻⁷ C. 1×10⁷ D. 1×10¹⁴ 4. 加工制造中用于金属除锈的0.01mol/L盐酸溶液（强酸完全解离），其pH为（ ） A. 1 B. 2 C. 12 D. 13 5. 下列溶液中，碱性最强的是（ ） A. pH=8的电镀废水 B. pH=10的清洗液 C. pH=12的氢氧化钠溶液 D. pH=7的蒸馏水 6. 关于水的离子积Kw，下列说法正确的是（ ） A. Kw只与温度有关，与溶液的酸碱性无关 B. 酸性溶液中Kw增大，碱性溶液中Kw减小 C. 纯水中Kw=1×10⁻¹⁴，稀溶液中Kw≠1×10⁻¹⁴ D. 加工制造中，Kw可用于计算电镀液的离子浓度，与温度无关 7. 加工制造中，焊接用助焊剂的pH为3.5，该溶液呈（ ） A. 酸性 B. 中性 C. 碱性 D. 无法判断 8. 下列操作能使水溶液的pH增大的是（ ） A. 向电镀液中加入少量盐酸 B. 向除锈液中加入少量蒸馏水稀释 C. 向清洗液（NaOH溶液）中加入少量NaOH固体 D. 向废水中通入少量CO₂ 9. 25℃时，某溶液中[OH⁻]=1×10⁻⁶mol/L，该溶液的pH为（ ） A. 6 B. 8 C. 10 D. 12 10. 加工制造中，下列场景对溶液pH控制要求最高的是（ ） A. 金属除锈用的稀盐酸（pH=1-2） B. 电镀铜的电镀液（pH=4-6） C. 清洗油污的NaOH溶液（pH=12-13） D. 冷却用水（pH=6-8） 11. 关于溶液pH的测定，下列说法正确的是（ ） A. 可用pH试纸测定所有溶液的pH，包括强氧化性溶液 B. 用pH试纸测定溶液pH时，需先将试纸润湿 C. 用pH计测定溶液pH，精度比pH试纸高，适用于工业生产连续监测 D. 加工制造中，电镀液pH测定只需粗略读数，无需精确控制 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 水的解离平衡为______，25℃时，纯水中[H⁺]=[OH⁻]=______mol/L，水的离子积Kw=______。 2. 溶液的酸碱性取决于______和______的相对大小：常温下，[H⁺][OH⁻]时溶液呈酸性，pH______7；[H⁺][OH⁻]时溶液呈碱性，pH______7；[H⁺]______[OH⁻]时溶液呈中性，pH______7。 3. 加工制造中，pH控制的应用广泛：① 金属除锈需用______性溶液（pH______7），使铁锈（Fe₂O₃）溶解；② 电镀液需控制在一定pH范围，避免金属离子______（如Cu²+生成Cu(OH)₂沉淀）；③ 废水处理需调节pH至______性（pH≈7），避免污染环境。 4. 测定溶液pH的常用方法有______和______；工业生产中常用______连续监测电镀液、废水的pH。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 水的离子积Kw随温度升高而增大，因为水的解离是吸热反应。（ ） 2. 任何水溶液中都存在H⁺和OH⁻，只是浓度不同。（ ） 3. 加工制造中，电镀液的pH越高越好，能避免镀件表面产生气泡。（ ） 4. pH=0的溶液是强酸溶液，[H⁺]=1mol/L；pH=14的溶液是强碱溶液，[OH⁻]=1mol/L（常温下）。（ ） 5. 稀释强酸溶液，pH增大；稀释强碱溶液，pH减小。（ ） 6. 金属在pH<7的酸性溶液中腐蚀速率一定比在pH>7的碱性溶液中快。（ ） 7. 用pH试纸测定溶液pH时，试纸变色后需立即与标准比色卡对比，避免误差。（ ） 8. 常温下，pH=5的溶液和pH=3的溶液相比，前者[H⁺]是后者的100倍。（ ） 9. 加工制造中，废水处理时，中和酸性废水可用NaOH溶液，中和碱性废水可用H₂SO₄溶液，调节pH至中性即可排放。（ ） 二、提升题（共30分） （一）实验设计题（10分） 加工制造中，电镀废水的pH超标会污染环境，现设计实验测定电镀废水的pH并调节至中性，模拟废水处理流程： 1. 实验目的：测定电镀废水的pH，并将其调节至中性（pH≈7）； 2. 实验原理：利用酸碱中和反应调节pH，pH试纸或pH计测定pH； 3. 所需仪器和药品： 仪器：______、______、______、______、______； 药品：电镀废水样品、1mol/L H₂SO₄溶液、1mol/L NaOH溶液、pH试纸、蒸馏水； 4. 实验步骤： ① 取50mL电镀废水样品倒入烧杯中，用______测定初始pH，记录为______； ② 若初始pH<7（酸性废水）：向烧杯中逐滴加入______溶液，边加边用玻璃棒搅拌，每滴加1mL后测定一次pH，直至pH≈7； ③ 若初始pH>7（碱性废水）：向烧杯中逐滴加入______溶液，边加边搅拌，每滴加1mL后测定一次pH，直至pH≈7； ④ 若初始pH≈7（中性废水）：无需调节，记录数据即可； ⑤ 记录调节过程中pH的变化，整理实验仪器。 5. 实验现象与结论： ① 酸性废水调节时，随着______溶液的加入，pH逐渐______，最终达到7，说明中和反应发生； ② 碱性废水调节时，随着______溶液的加入，pH逐渐______，最终达到7，说明中和反应发生； 6. 注意事项： ① 酸碱溶液具有腐蚀性，滴加时需小心，避免接触皮肤； ② 调节时需逐滴加入，避免pH调节过度； 7. 拓展应用：工业废水处理中，为什么常用石灰（CaO）中和酸性废水，而不用NaOH溶液？（从成本和环保角度分析）。 （二）分析题（10分） 1. 加工制造中，钢铁在潮湿空气中发生腐蚀，雨水形成的水溶液pH约为5.6（因溶解CO₂生成H₂CO₃），呈弱酸性。分析该环境下钢铁腐蚀速率较快的原因（从pH对H⁺浓度的影响、H⁺的作用角度），写出钢铁析氢腐蚀的正极反应（H⁺的还原反应）； 2. 电镀铜时，电镀液为CuSO₄溶液，若pH过低（<4），镀件表面会产生H₂气泡，影响镀层质量；若pH过高（>6），Cu²+会生成Cu(OH)₂沉淀。分析pH异常的原因及调节措施（分别说明pH过低和过高的调节方法，结合水的离子积和沉淀溶解平衡）； 3. 某加工车间产生的废水pH=2（强酸废水），若直接排放会腐蚀管道和污染土壤。计算该废水中[H⁺]和[OH⁻]（常温下），说明为什么需调节pH至中性才能排放，写出中和该废水的化学方程式（用NaOH作中和剂）。 （三）计算题（10分） 1. 加工制造中，除锈用稀盐酸溶液的pH=2（常温下），计算： （1）该溶液中[H⁺]和[OH⁻]； （2）若将该溶液稀释100倍，稀释后溶液的pH和[OH⁻]（写出计算过程）； 2. 某电镀液的pH=5（常温下），计算该溶液中[H⁺]、[OH⁻]，判断溶液的酸碱性；若要将该溶液的pH调节至6，需使[H⁺]变为多少？（写出计算过程）； 3. 加工制造中，用1mol/L NaOH溶液中和100mL pH=1的稀硫酸溶液（强酸），计算需要NaOH溶液的体积（写出计算过程，提示：H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. D 3. A 4. B 5. C 6. A 7. A 8. C 9. B 10. B 11. C （二）填空题 1. H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻；1×10⁻⁷；1×10⁻¹⁴ 2. [H⁺]；[OH⁻]；>；<；<；>；=；= 3. 酸；<；沉淀；中 4. pH试纸法；pH计法；pH计（或在线pH监测仪） （三）判断题 1. √ 2. √ 3. ×（pH过高会导致金属离子沉淀） 4. √ 5. √ 6. ×（若碱性溶液中存在氧化剂，腐蚀速率可能更快） 7. √ 8. ×（前者[H⁺]是后者的1/100） 9. √ 二、提升题 （一）实验设计题 3. 仪器：烧杯；玻璃棒；pH试纸（或pH计）；胶头滴管；量筒； 4. 实验步骤： ① pH试纸（或pH计）；pH≈3（或其他合理数值，根据废水类型）； ② 1mol/L NaOH； ③ 1mol/L H₂SO₄； 5. 实验现象与结论： ① NaOH；增大； ② H₂SO₄；减小； 6. 拓展应用：石灰（CaO）成本低、来源广泛，中和酸性废水生成CaSO₄等沉淀，可回收利用；NaOH溶液成本高，过量排放可能导致废水碱性超标，环保性不如石灰。 （二）分析题 1. pH≈5.6的弱酸性溶液中，[H⁺]浓度较高，H⁺在钢铁析氢腐蚀中作氧化剂，加速Fe的氧化；正极反应：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑； 2. pH过低原因：电镀液中H⁺浓度过高（可能是加入过多酸或阳极反应生成H⁺）；调节措施：加入少量弱碱（如CH₃COONa）或缓冲溶液，中和过量H⁺，使pH升高。pH过高原因：电镀液中OH⁻浓度过高（可能是加入过多碱或阴极反应消耗H⁺）；调节措施：加入少量弱酸（如CH₃COOH），中和过量OH⁻，使pH降低；避免Cu²+ + 2OH⁻ ⇌ Cu(OH)₂↓平衡正向移动生成沉淀； 3. 废水中[H⁺]=1×10⁻²mol/L，[OH⁻]=Kw/[H⁺]=1×10⁻¹²mol/L；酸性过强的废水会腐蚀管道、酸化土壤和水体，破坏生态环境；中和反应方程式：H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O（或HCl + NaOH = NaCl + H₂O，根据废水酸的类型）。 （三）计算题 1. 解：（1）pH=2，[H⁺]=10⁻²=0.01mol/L；[OH⁻]=Kw/[H⁺]=1×10⁻¹⁴/0.01=1×10⁻¹²mol/L； （2）稀释100倍，[H⁺]=0.01mol/L÷100=1×10⁻⁴mol/L；pH=-lg(1×10⁻⁴)=4；[OH⁻]=1×10⁻¹⁴/1×10⁻⁴=1×10⁻¹⁰mol/L； 答：（1）[H⁺]=0.01mol/L，[OH⁻]=1×10⁻¹²mol/L；（2）稀释后pH=4，[OH⁻]=1×10⁻¹⁰mol/L。 2. 解：（1）pH=5，[H⁺]=1×10⁻⁵mol/L；[OH⁻]=1×10⁻¹⁴/1×10⁻⁵=1×10⁻⁹mol/L； （2）[H⁺]>[OH⁻]，溶液呈酸性； （3）pH=6时，[H⁺]=1×10⁻⁶mol/L； 答：[H⁺]=1×10⁻⁵mol/L，[OH⁻]=1×10⁻⁹mol/L，溶液呈酸性；pH=6时[H⁺]=1×10⁻⁶mol/L。 3. 解：（1）pH=1的稀硫酸，[H⁺]=0.1mol/L；100mL溶液中H⁺的物质的量=0.1mol/L×0.1L=0.01mol； （2）根据反应H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O，n(NaOH)=2n(H₂SO₄)=2×(0.01mol/2)=0.01mol； （3）需要NaOH溶液的体积=0.01mol÷1mol/L=0.01L=10mL； 答：需要NaOH溶液的体积为10mL。 学科网（北京）股份有限公司 $