新教材2023年高中化学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第一课时水的电离溶液的酸碱性与pH导学案新人教版选择性必修1

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第二节　水的电离和溶液的pH
第一课时　水的电离　溶液的酸碱性与pH
[明确学习目标]　1.了解水的电离平衡及其影响因素。2.掌握水的离子积——Kw。3.知道溶液的酸碱性与pH的关系。4.会进行简单的pH的计算。



1．水的电离
(1)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2H2OH3O＋＋OH－，可简写为H2OH＋＋OH－。
(2)水的离子积常数
①概念及表达式
在一定温度下，c(H＋)与c(OH－)的乘积是一个常数，称为水的离子积常数，简称水的离子积，用Kw表示，即Kw＝c(H＋)·c(OH－)。25 ℃时，Kw＝1×10－14。
②影响因素
与化学平衡常数一样，Kw只与温度有关，一定温度下，Kw为常数。因为水的电离是吸热过程，所以随着温度的升高，水的电离程度增大，Kw增大。不同温度下水的离子积常数如表所示：
t/℃
0
10
20
25
40
100
Kw/10－14
0.115
0.296
0.687
1.01
2.87
54.5
2．溶液的酸碱性与pH
水的Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。
(1)溶液的酸碱性与c(H＋)和c(OH－)的关系

c(H＋)与c(OH－) 相对大小
c(H＋)/mol·L－1的范围(25 ℃)
中性溶液
c(OH－)＝c(H＋)
c(H＋)＝1.0×10－7
酸性溶液
c(OH－)1.0×10－7
碱性溶液
c(OH－)>c(H＋)
c(H＋)c(OH－)的溶液
答案　D


知识点一　外界条件对水的电离平衡和Kw的影响

水的电离平衡遵循化学平衡的一般规律。改变c(OH－)或c(H＋)只能改变水的电离程度，不能改变Kw；改变温度，Kw和水的电离程度都改变。具体地如下表所示：
条件
改变
对水电离平衡的影响
水电离平
衡移动的
方向
电离程度
c(H＋)

c(OH－)
Kw的变化
升高温度
促进
正向移动
增大
增大
增大
增大
增大H＋的浓度(加酸)
抑制
逆向移动
减小
增大
减小
不变
增大OH－的浓度(加碱)
抑制
逆向移动
减小
减小

增大

不变
加入活泼金属，如Na (恢复到原来温度)
促进
正向移动
增大
减小


增大


不变




[解析]　某温度下，蒸馏水中的c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1>1×10－7 mol·L－1，且此温度下Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－6×1×10－6＝1×10－12，说明该温度下促进了水的电离，故该温度高于25 ℃，A正确；由c水(H＋)＝c(OH－)＝＝1×10－10 mol·L－1，B正确；NaHSO4属于强酸的酸式盐，抑制水的电离，C正确；稀释后，溶液中c(H＋)减小，但水的离子积不变，故溶液中的c(OH－)增大，D不正确。
[答案]　D
[练1]　下列说法正确的是(　　)
A．HCl溶液中无OH－
B．NaOH溶液中无H＋
C．NaCl溶液中既无OH－，也无H＋
D．常温下，任何物质的稀溶液中都有H＋和OH－，且Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10－14
答案　D
解析　在水溶液中存在H2OH＋＋OH－，HCl溶液中含有OH－，NaOH溶液中也存在H＋，NaCl溶液中H＋、OH－都存在，A、B、C三项错误，D项正确。
[练2]　某温度下，纯水中的c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，则此时纯水中的c(OH－)为 mol·L－1；若温度不变，滴入稀硫酸，使c(H＋)＝5×10－6 mol·L－1，则c(OH－)＝ mol·L－1，由水电离出的c水(H＋)＝ mol·L－1。
答案　2×10－7　8×10－9　8×10－9
解析　任何温度下由水电离出的c水(H＋)＝c水(OH－)，故c(OH－)为2×10－7 mol·L－1，此时水的离子积Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝4×10－14。滴入稀硫酸使
c(H＋)＝5×10－6 mol·L－1时，c(OH－)＝＝8×10－9 mol·L－1，由水电离的c水(H＋)与c(OH－)相等，即c水(H＋)＝8×10－9 mol·L－1。
　水电离出的H＋或OH－浓度计算
(1)纯水c(H＋)＝c(OH－)＝。
(2)酸溶液中OH－是水电离产生的，故水电离的H＋浓度等于溶液中OH－的浓度。即cH2O(H＋)＝c(OH－)＝≪c(H＋)。
(3)碱溶液中H＋是水电离产生的，故水电离的OH－浓度等于溶液中H＋的浓度。即cH2O(OH－)＝c(H＋)＝≪c(OH－)。
知识点二　溶液的酸碱性、溶液的pH和c(H＋)、c(OH－)的关系(25 ℃时)

任何情况下，均可根据溶液中c(H＋)和c(OH－)的相对大小来判断溶液的酸碱性。只有在25 ℃时才能利用c(H＋)与1.0×10－7 mol·L－1的相对大小来判断溶液的酸碱性。溶液中c(H＋)越小，c(OH－)越大，溶液的酸性越弱，碱性越强；c(H＋)越大，c(OH－)越小，溶液的酸性越强，碱性越弱。具体分析见下表：





[解析]　根据c(OH－)可直接比较溶液的碱性大小。A、C、D三项中溶液的c(OH－)依次为1×10－3 mol·L－1、0.1 mol·L－1、1×10－4 mol·L－1，可知B项溶液中的c(OH－)最大，碱性最强。
[答案]　B
[练3]　25 ℃时，水中存在电离平衡：H2OH＋＋OH－。下列说法不正确的是(　　)
A．水的电离是吸热过程
B．向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不变
C．含H＋的溶液显酸性，含OH－的溶液显碱性
D．水是极弱的电解质，50 ℃时水的pH小于7
答案　C
解析　A项，电解质的电离都是吸热过程，正确；B项，Kw只与温度有关，正确；C项，应根据溶液中c(H＋)与c(OH－)的相对大小判断溶液的酸碱性，错误；D项，水的电离是吸热过程，常温下水的pH等于7，升温到50 ℃，c(H＋)增大，水的pH减小，正确。
[练4]　对于90 ℃的纯水，以下认识正确的是(　　)
A．c(H＋)>10－7 mol·L－1>c(OH－)，pH10－7 mol·L－1，pH10－7 mol·L－1>c(OH－)，pH10－7 mol·L－1，pH＝7，显中性
答案　B
解析　水的电离是吸热过程，升高温度促进水的电离，纯水中c(H＋)、c(OH－)都增大，pH7，溶液呈碱性
B．pHKw(35 ℃)
D．水的电离是一个吸热过程
答案　D
解析　Kw(35 ℃)>Kw(25 ℃)，说明温度升高，水的电离程度增大，水的电离是吸热过程。由H2OH＋＋OH－可得，任何温度下，纯水电离出的c(H＋)＝c(OH－)。
2．下列微粒中能影响水的电离平衡，且加入该微粒能使水的电离平衡H2OH＋＋OH－向左移动的是(　　)
A．NO B．C2H5OH
C．Na D．[H]－
答案　D
解析　硝酸根离子在水溶液中对水的电离平衡无影响，水的电离平衡不移动，A错误；乙醇为非电解质，不会影响水的电离平衡，B错误；Na与水电离出的氢离子反应，水的电离平衡向右移动，C错误；氢氧根离子抑制水的电离，能使水的电离平衡向左移动，D正确。
3．用pH试纸测定某无色溶液的pH，正确的是(　　)
A．将pH试纸放入溶液中，观察其颜色变化并与标准比色卡对照
B．用广泛pH试纸测得该无色溶液的pH为2.3
C．用干燥、洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH试纸上，观察其颜色变化并与标准比色卡对照
D．用干燥、洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在湿润的pH试纸上，测量的pH结果一定偏低
答案　C
解析　用pH试纸测定溶液的pH时，不能将pH试纸放入溶液中或将溶液倒在pH试纸上。正确的操作方法是用干燥、洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH试纸上，观察其颜色变化并与标准比色卡对照，C正确，A错误；广泛pH试纸的读数不会出现小数，只能读到整数，pH不能为2.3，B错误；pH试纸提前润湿，则相当于将待测液稀释，这样测酸性溶液时，pH偏高，测碱性溶液时，pH偏低，均会造成误差，在测中性溶液时，pH不变，不产生误差，D错误。
4．下列溶液一定呈酸性的是(　　)
A．c(OH－)>c(H＋)的溶液
B．滴加紫色石蕊溶液后变红的溶液
C．c(H＋)＝10－6 mol·L－1的溶液
D．pHc(OH－)，溶液呈酸性；而pH10－7 mol·L－1仅适用于常温时，若温度不确定，则不能用来判断溶液的酸碱性。
5．下列各项中，能表示人大量喝水时，胃液pH变化的图像是(　　)

答案　A
解析　由于胃液中含有盐酸，所以胃液应呈酸性，pH0，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－)减小
B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H＋)增大，Kw不变
C．向水中加入少量稀盐酸，平衡逆向移动，c(H＋)减小
D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变
答案　B
解析　向水中加入稀氨水，水的电离平衡逆向移动，但c(OH－)增大，A项错误；向水中加入稀盐酸，水的电离平衡逆向移动，c(H＋)增大，C项错误；将水加热，水的电离平衡正向移动，水电离出的c(H＋)和c(OH－)均增大，Kw增大，pH减小，D项错误。
7．常温下，a mol·L－1醋酸溶液的pH＝m，下列能使溶液pH＝m＋1的措施是(　　)
A．将溶液稀释到原体积的10倍
B．加入适量的醋酸钠固体
C．加入等体积2a mol·L－1盐酸
D．升高溶液的温度
答案　B
解析　醋酸是弱酸，电离方程式是CH3COOHH＋＋CH3COO－，稀释10倍，pH增加不到一个单位，A项错误；加入适量的醋酸钠固体，抑制醋酸的电离，c(H＋)减小，溶液pH增大，可以使其pH由m变成m＋1，B项正确；加入等体积2a mol·L－1盐酸，虽抑制醋酸的电离，但c(H＋)增大了，溶液的pH减小，C项错误；升高溶液的温度，促进了醋酸的电离，c(H＋)增大，溶液的pH减小，D项错误。
8．在常温下，将pH＝9的NaOH溶液与pH＝11的NaOH溶液等体积混合后，溶液的pH最接近(已知lg 2≈0.3)(　　)
A．9.3 B．9.7 C．10.3 D．10.7
答案　D
解析　pH＝9的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－5 mol·L－1，pH＝11的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，混合后c(OH－)＝ mol·L－1≈ mol·L－1，则溶液中的c(H＋)＝＝ mol·L－1＝2.0×10－11 mol·L－1，所以pH＝11－lg 2≈10.7，D项正确。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
9．在－50 ℃时，液氨的电离跟水的电离相似，存在如下电离平衡：2NH3(l)NH＋NH，NH的平衡浓度为1×10－15 mol·L－1，下列说法错误的是(　　)
A．在液氨中加入NaNH2，可使液氨的离子积变大
B．在液氨中加入NH4Cl，液氨的离子积不变
C．此温度下液氨的离子积K为1×10－30
D．在液氨中加入金属钠可能有NaNH2生成
答案　A
解析　液氨的离子积跟水的离子积性质一样，即只与温度有关，向液氨中加入NaNH2、NH4Cl相当于分别在水中加入NaOH、HCl，水的离子积和液氨的离子积均不变，A项错误，B项正确；该温度下液氨的离子积K＝1×10－15×1×10－15＝1×10－30，C项正确；NH相当于纯水中水电离出的H3O＋，因此将钠加入液氨中会生成氢气和NaNH2，D项正确。
10．25 ℃时，重水(D2O)的离子积常数为1.6×10－15，也可用pH一样的定义来规定其酸碱度：pD＝－lg c(D＋)，下列有关pD的叙述正确的是(　　)
A．中性D2O的pD＝7
B．1 L 0.01 mol·L－1的NaOD溶液，其pD＝12
C．1 L 0.01 mol·L－1 DCl的重水溶液，pD＝2
D．在100 mL 0.25 mol·L－1 DCl的重水溶液中，加入50 mL 0.2 mol·L－1 NaOD的重水溶液，反应后溶液的pD＝1
答案　CD
解析　由于重水的离子积常数为1.6×10－15，因此重水中c(D＋)＝4×10－8，对应的pD≈7.4，故A错误；在0.01 mol·L－1 NaOD溶液中，c(OD－)＝0.01 mol·L－1，根据重水的离子积常数，可推知c(D＋)＝1.6×10－13 mol·L－1，pD不等于12，故B错误；1 L 0.01 mol·L－1 DCl的重水溶液，c(D＋)＝0.01 mol·L－1，因此pD＝2，C正确；根据中和反应量的关系，100 mL 0.25 mol·L－1 DCl和50 mL 0.2 mol·L－1NaOD中和后溶液中c(D＋)＝0.1 mol·L－1，因此对应溶液的pD＝1，D正确。
11．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＜c＜b
B．纯水仅升高温度，可从a点变到c点
C．水的离子积常数Kw数值大小关系为b＞c＞d
D．在b点对应温度下，0.5 mol/L的H2SO4溶液与1 mol/L的KOH溶液等体积混合，充分反应后，所得溶液的pH＝7
答案　AC
解析　水的电离是吸热反应，温度升高，水的离子积常数增大，根据图中数据得出水的离子积常数Kw数值大小关系为b＞c＞a＝d，温度关系为b＞c＞a＝d，A项正确，C项正确；a点和c点的c(OH－)相等，若纯水仅升高温度，c(OH－)与c(H＋)都增大，B项错误；b点的Kw＝1×10－12,0.5 mol/L的H2SO4溶液与1 mol/L的KOH溶液等体积混合，充分反应后所得溶液显中性，pH＝6，D项错误。
12．下列说法正确的是(　　)
A．25 ℃时，在pH＝4的盐酸和醋酸溶液中，由水电离出的H＋浓度不相等
B．25 ℃时，pH＝3和pH＝5的盐酸等体积混合后(忽略体积变化)，溶液的pH＝4
C．25 ℃时，pH＝9和pH＝11的NaOH溶液等体积混合后(忽略体积变化)，溶液的pH＝10
D．25 ℃时，pH＝3.6的某橙汁中的c(H＋)是pH＝5.6的某西瓜汁中的c(H＋)的100倍
答案　D
解析　等pH的盐酸和醋酸溶液，同等程度地抑制水的电离，两种溶液都满足c水(H＋)＝c水(OH－)＝10－10 mol·L－1，A错误；25 ℃时，pH＝3和pH＝5的盐酸等体积混合后，混合溶液中c(H＋)＝ mol·L－1＝5.05×10－4 mol·L－1，pH≈3.3，B错误；25 ℃时，pH＝9和pH＝11的NaOH溶液等体积混合后，混合溶液中c(OH－)＝ mol·L－1＝5.05×10－4 mol·L－1，c(H＋)≈1.98×10－11 mol·L－1，pH≈10.7，C错误；25 ℃时，pH＝3.6的某橙汁中的c(H＋)与pH＝5.6的某西瓜汁中的c(H＋)之比为10－3.6∶10－5.6＝100∶1，D正确。
三、非选择题(本题共3小题)
13．按要求填写下列问题：
(1)某些共价化合物(如H2O、NH3、N2O4等)在液态时会发生微弱的电离，如2H2OH3O＋＋OH－，则液态NH3的电离方程式为 。
(2)已知水溶液中c(H＋)和c(OH－)的关系如图所示，试回答下列问题：

图中五点对应的Kw的关系是 。
若从A点到D点，可采用的措施是 (填序号)。
a．升温
b．加入少量的盐酸
c．加入少量的NH3·H2O
(3)25 ℃时，0.1 mol·L－1的HA溶液中＝1010。
请回答下列问题：
①HA是 (填“强电解质”或“弱电解质”)。
②在加水稀释HA溶液的过程中，随着水量的增加而增大的是 (填序号)。
A．c(HA)
B．c
C．c(H＋)与c(OH－)的乘积
D．c(OH－)
(4)现有浓度均为0.1 mol·L－1的下列溶液：①硫酸、②醋酸、③氢氧化钠，三种溶液中由水电离出的H＋浓度由大到小的顺序是 (用序号表示)。
答案　(1)2NH3NH＋NH　(2)E＝A＝D①
解析　(1)依据2H2OOH－＋H3O＋，可知液态NH3可电离出NH和NH，电离方程式为2NH3NH＋NH。
(2)Kw只与温度有关，温度升高，Kw以及水电离出的c(H＋)和c(OH－)均增大，E、A、D三点对应的温度为25 ℃，B点对应的温度为100 ℃，所以五点对应的Kw：E＝A＝Dc(H＋)，c项不符合题意。
(3)①25 ℃时，0.1 mol·L－1的HA溶液中＝1010，因c(H＋)·c(OH－)＝10－14，则溶液中c(H＋)＝0.01 mol·L－1③>①。
14．某温度时，水的离子积常数Kw＝1×10－12。
(1)将此温度下pH＝11的NaOH溶液与pH＝1的盐酸等体积混合(设混合后溶液体积的变化忽略不计，下同)，混合后溶液的pH＝ 。
(2)将此温度下pH＝11的NaOH溶液a L与pH＝1的稀硫酸b L混合，若所得的混合溶液呈中性，则a∶b＝ 。
答案　(1)6　(2)1∶1
解析　(1)此温度下pH＝11的NaOH溶液中c(OH－)＝0.1 mol·L－1，pH＝1的盐酸中c(H＋)＝0.1 mol·L－1，所以两溶液等体积混合，恰好完全反应，则混合后溶液呈中性，pH＝6。
(2)若所得混合溶液呈中性，则0.1 mol·L－1×a L＝0.1 mol·L－1×b L，所以a∶b＝1∶1。
15．在25 ℃时，有pH＝a的盐酸和pH＝b的NaOH溶液，取Va L盐酸与NaOH溶液中和，需Vb L NaOH溶液，问：
(1)若a＋b＝14，则＝ (填数字)。
(2)若a＋b＝13，则＝ (填数字)。
(3)若a＋b>14，则＝ (填表达式)，且Va Vb(填“>”“1　>　(4)10
解析　题目给出了酸和碱溶液pH所满足的一系列关系式，求完全中和所需两种溶液的体积关系。四个问题求解过程相似，依题意有：
pH＝a的盐酸c(HCl)＝c(H＋)＝10－a mol·L－1，
pH＝b的NaOH溶液c(H＋)＝10－b mol·L－1，c(NaOH)＝＝ mol·L－1＝10b－14 mol·L－1。
完全中和应满足c(HCl)·Va＝c(NaOH)·Vb，
故＝＝＝10a＋b－14。
(1)若a＋b＝14，则＝1014－14＝100＝1。
(2)若a＋b＝13，则＝1013－14＝10－1＝。
(3)若a＋b>14，则＝10a＋b－14>1，Va>Vb。
(4)若a＋b＝15，则＝1015－14＝10。