3.2 水的电离和溶液的pH 第1课时（教学设计）化学人教版选择性必修1

第二节 水的电离和溶液的pH 第1课时 水的电离与溶液的酸碱性 年级 高二 学科 化学 课型 新授课 教材 人教版选择性必修1 第三章 第二节 第1课时 教学目标 1.认识水是极弱电解质，能正确书写水的电离方程式，理解水的离子积的含义，熟记常温下，明确仅与温度有关，能运用进行简单的离子浓度计算。 2.能运用勒夏特列原理分析温度、外加酸、碱、盐等外界因素对水的电离平衡的影响，明确平衡移动时微粒浓度、的变化规律。 3.掌握溶液酸碱性的判断依据，理解溶液酸碱性与、相对大小、pH的对应关系，会计算常温下酸、碱、中性溶液中由水电离出的​、。 教学重点 1.水的离子积的含义及应； 2.溶液酸碱性的判断依据。 教学难点 1.外界条件对水的电离平衡的影响分析； 2.不同温度下溶液酸碱性的判断; 3.酸/碱溶液中水电离出的、的计算。 教材分析 本节教学内容源于新课标人教版（2019年版）高中化学选择性必修1第三章《水溶液中的离子反应与平衡》第二节《水的电离和溶液的pH》，为该节第一课时。本节内容是化学平衡、弱电解质电离平衡理论的延伸应用，也是后续学习溶液pH计算、盐类水解、沉淀溶解平衡及酸碱中和滴定的重要基础，在水溶液离子平衡模块中具有承上启下的核心作用。 按照课标要求，本课时围绕“水的电离”“溶液的酸碱性”两个核心模块展开：先以纯水导电实验为证据推导出水的弱电解质特性，再由弱电解质电离平衡常数迁移得到水的离子积常数Kw，结合不同温度下的Kw数据分析温度对Kw的影响规律，再应用勒夏特列原理分析酸、碱、活泼金属、盐类等外界条件对水的电离平衡的影响，最后延伸到溶液酸碱性的判断依据、水电离出的H+与OH-的计算方法。教材编排遵循“证据推理-规律总结-实践应用”的逻辑链条，注重落实变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的化学核心素养。 学情分析 教学对象为高二选考化学的学生，已有较为扎实的化学平衡理论基础，熟练掌握了可逆反应特征、勒夏特列原理、弱电解质的电离等相关知识，初中阶段也初步了解了pH与溶液酸碱度的对应关系，具备基本的实验分析、规律迁移能力，能够将弱电解质电离平衡的分析方法迁移到水的电离体系中。 但学生对水溶液中多重离子平衡的分析能力仍有欠缺，易出现典型认知误区：一是易混淆溶液中总H+浓度与水电离出的H+浓度，误认为酸性溶液中不存在OH-、碱性溶液中不存在H+；二是容易忽略Kw的温度属性，机械套用“pH=7为中性”的结论判断不同温度下的溶液酸碱性；三是分析外界条件对水的电离平衡的影响时，易错误判定Kw随浓度变化。因此教学中需结合具体情境、数据计算帮助学生破解认知误区，搭建溶液酸碱性判断的思维模型，逐步提升学生对水溶液离子平衡的分析能力。 教学过程 教学内容 设计意图 课堂导入 【生活设问引发讨论】同学们，上课前老师先问大家两个生活里的小问题：第一，为什么家长反复叮嘱我们不能用湿手触碰插线板、通电电器，说容易触电？第二，大家听说过“纯水不导电”的说法吗？这两个说法是不是矛盾的？给大家1分钟时间讨论，也可以举手分享你的想法~（等待学生发言，学生大概率会提到普通水里有杂质所以导电，纯水没有就不导电，产生认知碰撞） 【实验演示引入主题】大家的讨论都很有道理，咱们直接用实验来验证：现在我们将电极连接到盛有纯水的烧杯中，闭合电源开关，大家观察到什么现象？哦对，连接在电路里的小灯泡完全没有发光，这说明纯水的导电能力极弱，几乎不能导电。那纯水里是不是完全没有带电的离子？为什么普通的水溶液有的显酸性、有的显碱性、有的显中性？这些都和水本身的电离特点密切相关，今天咱们就一起来学习《水的电离与溶液的酸碱性》，从微观角度解开这些问题的答案。 【引入】同学们，我们之前学习过电解质的定义：在水溶液或熔融状态下能导电的化合物属于电解质。今天我们先来观察纯水的导电实验：（播放实验视频）连接电源后，插入纯水的电路中灯泡几乎不发光，说明纯水导电能力极弱；但高精度的电导率检测仪却能检测到纯水存在微弱的导电性，这说明水并非完全以分子形式存在，而是发生了微弱的电离。今天我们就一起探究水的电离规律和溶液酸碱性的判断依据。 1.激发学生兴趣：以大家熟知的“湿手触电”生活常识和“纯水不导电”的说法制造认知冲突，快速抓住学生注意力，鼓励学生讨论发言，充分调动课堂参与的积极性。 2.贴合教材实验素材：直接对接课件中设置的纯水导电实验情境，通过直观的实验现象抛出问题，自然引出本节课的核心研究对象——水的电离，让学生对抽象的“弱电解质电离”先建立直观的认知铺垫。 3.明确学习指向：由生活中水溶液的酸碱性现象关联本节课的第二部分核心内容，让学生清晰感知本节课知识能够解释身边的化学现象，明确学习目标，提升学习的主动性。 通过宏观实验现象的认知冲突，激发学生探究欲望，落实“宏观辨识与微观探析”的核心素养引入。 环节一水的电离 任务一 精确的导电性实验分析水的电离 【引入】从刚才的实验我们知道水是极弱的电解质，能发生微弱的电离，我们从微观角度分析其电离过程。 【教师提问】请结合精确导电性实验的结论，思考纯水中存在哪些微粒？水的电离方程式如何书写？ 【学生思考】 1.纯水中大部分是H2O分子，存在极少量的H+、OH-； 2.水的电离是可逆过程，两个水分子间发生质子转移，电离方程式为： H2O+ H2O ⇌H3O+ + OH- 【讲解】评价学生回答，强调：水的电离程度极小，因此纯水中绝大多数微粒是水分子，只有极少量的氢离子和氢氧根离子。 知识总结 一、水的电离 1.水的电离 ⑴水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离。 ⑵水的电离方程式 H2O+ H2O ⇌H3O+ + OH- 简写为：H2O   ⇌ H+ + OH- ⑶存在微粒 大部分是H2O分子，存在极少量的H+、OH- 任务二 水的电离平衡常数的计算 【引入】弱电解质的电离过程存在电离平衡常数，水作为极弱电解质，其电离平衡也存在对应的平衡常数，我们可以由此推导出水的离子积常数。 【教师提问】请回忆弱电解质电离平衡常数的书写规则，写出水的电离平衡常数表达式，结合室温下水的电离程度推导水的离子积常数。 【学生思考】 H2O   ⇌ H+ + OH- 【讲解】评价学生推导过程，强调：室温下 Kw= c(H+) . c(OH-) 知识总结 一、水的电离 2.水的离子积常数 ⑴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 ⑵符号：Kw ⑶表达式：Kw= c(H+) . c(OH-) 数据：室温下，Kw＝1×10－14，100℃时，Kw＝1×10－12。 任务三 根据电离平衡常数的影响因素类推水的离子积常数的影响因素 【引入】我们知道弱电解质的电离平衡常数只与温度有关，那水的离子积的影响因素有哪些？我们来看不同温度下的​ T/℃ 0 10 20 25 40 50 90 100 0.115 0.296 0.687 1.01 2.87 5.31 37.1 54.5 【教师提问】结合表格数据分析，温度如何影响？是否与溶液的浓度有关？【学生思考】 1.随着温度升高，逐渐增大，说明水的电离是吸热过程，升高温度促进水的电离； 2.同一温度下，不管是纯水还是稀的电解质溶液，都是固定值，说明只与温度有关，与浓度无关。 【讲解】评价学生回答，强调：不仅适用于纯水，也适用于所有稀的电解质水溶液。 知识总结 一、水的电离 2.水的离子积常数 ⑷影响Kw的因素 ①Kw只与温度有关，温度越高，Kw越大。 ②水的电离是吸热过程,升高温度，促进水的电离,Kw增大。 ③Kw只与温度有关,与浓度无关。在使用Kw时一定要强调温度。 ④水的离子积不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。 任何水溶液中都存在：Kw= c(H+) . c(OH-) 任务四 根据常温时水的电离平衡，运用平衡移动原理分析下列问题。 【引入】水的电离是可逆的吸热过程，符合勒夏特列原理，我们可以结合平衡移动原理分析不同外界条件对水的电离平衡的影响。 【教师提问】请结合H2O   ⇌H+ + OH- △H>0 ，分析下表中不同条件下平衡移动方向、离子浓度变化、电离程度变化和的变化： 改变条件 平衡移动方向 c(H＋) c(OH－) 水的电离程度 Kw 升高温度 加入HCl(g) 加入NaOH(s) 加入金属Na 加入NaHSO4(s) 【学生思考】分组讨论后填写表格，展示答案： 知识总结 一、水的电离 3.水的电离平衡的影响因素 ⑴温度 结论：升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw 增大。 ⑵加入酸溶液或碱溶液 加入酸或碱，抑制水电离，水的电离平衡逆向移动，Kw不变。 ⑶符合勒夏特列原理 改变条件 平衡移动方向 c(H＋) c(OH－) 水的电离程度 Kw 升高温度 右移 增大 增大 增大 增大 加入HCl(g) 左移 增大 减小 减小 不变 加入NaOH(s) 左移 减小 增大 减小 不变 加入金属Na 右移 减小 增大 增大 不变 加入NaHSO4(s) 左移 增大 减小 减小 不变 【例1】常温下，水存在H2O H+ + OH-的平衡，下列说法错误的是( ) A．将水加热，Kw增大，pH减小 B．向水中滴入少量稀盐酸，平衡逆向移动，Kw减小 C．向水中加入少量固体NH4Cl，c(H+) > 10-7mol/L，Kw不变 D．向水中加入少量固体CH3COONa，平衡正向移动，c(H+)降低 【答案】B 【解析】A项，水的电离是吸热过程，升高温度促进水的电离，水的离子积常数增大，氢离子浓度增大，溶液的pH减小，故A正确； B项，温度不变，水的离子积常数不变，与溶液的酸碱性无关，向水中滴入少量稀盐酸，氢离子浓度最大，水的电离平衡逆向移动，Kw不变，故B错误；C项，向水中加入少量固体NH4Cl，NH4Cl水解使溶液呈酸性，c(H+) > 10-7mol/L，温度不变，Kw不变，故C正确；D项，向水中加入醋酸钠固体，醋酸根离子结合水电离产生的氢离子发生水解促进水的电离，平衡正向移动，氢离子浓度减小，故D正确；故选B。 环节二 溶液的酸碱性 任务五 酸性溶液中是否存在OH-? 碱性溶液中是否存在H+? 【引入】我们刚才分析加酸、加碱后溶液中cH+和cOH-的浓度发生了变化，那溶液的酸碱性到底由什么决定？我们对比以下四种体系的离子浓度： 体系 纯水 （常温） 向纯水中加入少量盐酸（常温） 向纯水中加入少量NaOH溶液（常温） c(H+) 1×10-7 mol/L 增大 减小 c(OH-) 1×10-7 mol/L 减小 增大 c(H+)和c(OH-) 的大小比较 c(H+)＝c(OH-) c(H+)＞c(OH-) c(H+)＜c(OH-) 【教师提问】结合表格内容思考，酸性溶液中是否存在OH？碱性溶液中是否存在H+？溶液酸碱性的本质判断依据是什么？ 【学生思考】 1.任何水溶液中都同时存在cH+和cOH-，酸性溶液中也有OH-，只是H+浓度更大；碱性溶液中也有H+，只是OH-浓度更大； 2.溶液的酸碱性由c(H＋)与c(OH－)的相对大小决定， 知识总结 二、溶液的酸碱性 1.溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系 溶液的酸碱性由c(H＋)与c(OH－)的相对大小决定 常温时：Kw= c(H+) . c(OH-)＝ 1×10-14 c(H+)＝c(OH-) 中性 c(H+) =1×10-7 c(H+)＞c(OH-) 酸性 c(H+) ＞1×10-7 c(H+)＜c(OH-) 碱性 c(H+) ＜1×10-7 任务六 思考：pH与c(H+)又有什么关系呢？ 【引入】初中我们就学习过用pH表示溶液的酸碱度，pH越小酸性越强，pH越大碱性越强，那pH的定义是什么？pH和酸碱性的关系是否受温度影响？ 【教师提问】常温下pH=7为中性，是否所有温度下pH=7的溶液都是中性？ 【学生思考】只有常温下pH=7的溶液是中性，温度变化时中性溶液的pH也会发生变化，因此用pH判断酸碱性必须明确温度。 知识总结 二、溶液的酸碱性 2.溶液的酸碱性与pH的关系 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 常温时：Kw= c(H+) . c(OH-)＝ 1×10-14 溶液的pH一定要注意温度 任务七 思考：水电离出的c(H＋)或者c(OH-)的计算 【引入】我们知道Kw= c(H+) . c(OH-)中的c(H+) 、c(OH-)是溶液中的总浓度，包括溶质电离和水电离的两部分，那如何计算仅由水电离出的c(H+)或c(OH-) 【教师提问】请思考：①酸溶液中的c(H+) 主要来自哪里？c(OH-)主要来自哪里？②碱溶液中的c(OH-)主要来自哪里？c(H+) 主要来自哪里？常温下0.01mol/L的盐酸中，水电离出的c(H+) 是多少？ 【学生思考】 1.酸溶液中c(H+)主要来自酸的电离，c(OH-)全部来自水的电离，且水电离出的c(H+) 水=c(OH-)水； 2.0.01mol/L盐酸中c(H+)酸≈0.01，因此 3.同理，碱溶液中c(OH-)主要来自碱的电离，c(H+)全部来自水的电离，。 【讲解】评价学生推导过程，强调：任何溶液中水电离出的c(H+) 水=c(OH-)水 知识总结 二、溶液的酸碱性 3.水电离出的c(H＋)或者c(OH-)的计算 ⑴中性溶液c(OH-)=c水(OH-)=c(H+)=c水(H+)=10-7 mol·L-1 ⑵酸溶液 酸溶液中，H+来源于酸的电离和水的电离，而OH-只来源于水的电离。 ⑶碱溶液 碱溶液中，OH-来源于碱的电离和水的电离，而H+只来源于水的电离。 ⑷盐溶液 【例2】常温下： (1)在0.01mol/LHCl溶液中，c(OH-)=_______，c(H+)=_______，由水电离出的c(H+)=_______，由水电离出的c(OH-)=_______。 (2)在0.01mol/LNaOH溶液中，c(OH-)=_______，c(H+)=_______，由水电离出的c(H+)=_______，由水电离出的c(OH-)=_______。 (3)在0.01mol/LNaCl溶液中，c(OH-)=_______，c(H+)=_______，由水电离出的c(H+)=_______，由水电离出的c(OH-)=_______。 【答案】(1)10-12 0.01 10-12 10-12 (2)0.01 10-12 10-12 10-12 (3) 10-7 10-7 10-7 10-7 【解析】(1)盐酸是一元强酸，盐酸的浓度为0.01mol/L，c(H+)=0.01mol/L，，盐酸中的氢氧根离子完全来源于水的电离，且水中电离出的氢离子和氢氧根离子浓度一定相等，所以该溶液中水电离的氢离子和氢氧根离子浓度相等，均为10-12mol/L；(2)氢氧化钠是一元强碱，氢氧化钠的浓度为0.01mol/L，c(OH-)=0.01mol/L，，氢氧化钠中的氢离子完全来源于水的电离，且水中电离出的氢离子和氢氧根离子浓度一定相等，所以该溶液中水电离的氢离子和氢氧根离子浓度相等，均为10-12mol/L；(3)在0.01mol/LNaCl溶液中，呈中性，氢离子和氢氧根离子全部来源于水的电离，并且氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，故c(H＋)=c(OH-)=107 通过类比迁移化学平衡常数的知识，降低新知学习难度，落实“变化观念与平衡思想”的核心素养，培养学生的迁移应用能力。 通过已有弱电解质电离知识类推水的离子积，落实“证据推理与模型认知”的核心素养。 通过数据分析得出的影响规律，落实“变化观念与平衡思想”的核心素养。 运用平衡移动原理分析外界条件对水电离的影响，建立水电离平衡移动的分析模型，突破重点内容。 厘清溶液酸碱性的本质判断依据，破除c(H+) ＞1×10-7就是酸性”的思维定势，培养严谨的科学思维。 明确pH与酸碱性的对应关系的适用条件，避免认知误区。 课堂小结 七、板书设计 第1课时 水的电离与溶液的酸碱性 一、水的电离 1.水的电离 ⑴水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离。 ⑵水的电离方程式 H2O   ⇌ H+ + OH- ⑶存在微粒 大部分是H2O分子，存在极少量的H+、OH- 2.水的离子积常数 ⑴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 ⑵符号：Kw ⑶表达式：Kw= c(H+) . c(OH-) ⑷影响Kw的因素 任何水溶液中都存在：Kw= c(H+) . c(OH-) 3.水的电离平衡的影响因素 ⑴温度 结论：升高温度，水的电离平衡正向移动，Kw 增大。 ⑵加入酸溶液或碱溶液 加入酸或碱，抑制水电离，水的电离平衡逆向移动，Kw不变。 ⑶符合勒夏特列原理 二、溶液的酸碱性 1.溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系 溶液的酸碱性由c(H＋)与c(OH－)的相对大小决定 常温时：Kw= c(H+) . c(OH-)＝ 1×10-14 c(H+)＝c(OH-) 中性 c(H+) =1×10-7 c(H+)＞c(OH-) 酸性 c(H+) ＞1×10-7 c(H+)＜c(OH-) 碱性 c(H+) ＜1×10-7 2.溶液的酸碱性与pH的关系 3.水电离出的c(H＋)或者c(OH-)的计算 随堂练习 1．25 ℃时，水的电离达到平衡：H2OH＋＋OH－，下列叙述正确的是(　　) A．将纯水加热到95 ℃时，Kw变大，pH不变，水仍呈中性 B．向纯水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c(OH－)增大，Kw变小 C．向纯水中加入少量碳酸钠固体，影响水的电离平衡，c(H＋)减小，Kw不变 D．向纯水中加入醋酸钠固体或盐酸，均可抑制水的电离，Kw不变 【答案】C 【解析】本题考查水的电离平衡、水的离子积等知识。水的电离吸热，将纯水加热，电离平衡正向移动，c(H＋)、c(OH－)均增大，但c(OH－)与c(H＋)仍然相等，故Kw变大，pH变小，水仍呈中性，A项错误；向纯水中加入稀氨水，溶液中c(OH－)增大，水的电离平衡逆向移动，但温度不变，Kw不变，B项错误；向纯水中加入少量Na2CO3固体，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，但Kw不变，C项正确；向纯水中加入醋酸钠时，促进水的电离，D项错误。 2．水的电离过程为H2OH＋＋OH－，在25 ℃时，水的离子积Kw＝1．0×10－14；在35 ℃时，水的离子积Kw＝2．1×10－14。则下列叙述正确的是(　　) A．c(H＋)随着温度的升高而降低 B．35 ℃时，c(H＋)>c(OH－) C．35 ℃时的水比25 ℃时的水电离程度小 D．水的电离是吸热过程 【答案】D 【解析】由题中条件可以看出，温度升高时，Kw增大。25 ℃时，c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1；35 ℃时，c(H＋)＝c(OH－)≈1．45×10－7 mol·L－1。温度升高，c(H＋) 和 c(OH－) 都增大，且始终相等，水的电离程度也增大，因温度升高平衡向正反应方向移动，故水的电离为吸热过程。 3．在相同温度下，0.01 mol·L-1 NaOH溶液和0.01 mol·L-1的盐酸相比，下列说法正确的是( ) A．两溶液中由水电离的c(H+)都是1.0×10-12 mol·L-1 B．NaOH溶液和盐酸由水电离出c(OH-)分别为1．0×10-2 mol·L-1、1．0×10-12 mol·L-1 C．两溶液中由水电离出的c(H+)相等 D．两者都促进了水的电离 【答案】C 【解析】酸和碱的电离都会抑制水的电离，温度相同则Kw相同，0.01mol/L NaOH溶液中水电离出的c(H+)水=mol/L，0.01mol/L的盐酸溶液中水电离出的c(H+)水=c(OH-)水=mol/L，所以由水电离出的c(H+)相等，但由于温度未知，所以无法确定具体值；故选C。 4．强酸(碱)溶液的酸(碱)性不一定比弱酸(碱)溶液的强。下列关系一定正确的是( ) A．当溶液中c(H＋)>1×10－7 mol·L－1时，其pH<7，溶液呈酸性 B．当溶液中c(H＋)<1×10－7 mol·L－1时，其pH>7，溶液呈碱性 C．当溶液中c(H＋)＝c(OH－)>1×10－7 mol·L－1时，其pH<7，溶液呈中性 D．当溶液中c(H＋)＝c(OH－)>1×10－7 mol·L－1时，其pH<7，溶液呈酸性 【答案】C 【解析】根据pH与7的关系判断溶液的酸碱性，必须是在25 ℃时，A、B错误；若c(H＋)和c(OH－)相等，无论其数值等于多少，溶液必定呈中性，C正确，D错误。 教学反思 本节课以纯水导电实验为情境引入，采用任务驱动的教学模式，逐步引导学生探究水的电离本质、水的离子积规律及溶液酸碱性的判断逻辑，贴合新课标核心素养要求，整体达成了预设教学目标。课堂中通过典例练及时巩固知识点，多数学生能掌握Kw的影响因素、溶液酸碱性的本质判断方法。 但仍存在不足：部分学生容易混淆“常温pH判断”和“任意温度下的本质判断”，忽略温度对pH判断标准的影响，对水电离的离子浓度计算的适用场景辨析不够熟练。后续教学中可补充不同温度下的酸碱性判断专项练习，增加易混点的对比辨析，强化学生思维严谨性，同时可结合生活中常见溶液的pH检测拓展应用场景，提升学生学习兴趣。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $