【同步讲义】高中化学（沪科版2020）选修第一册--3.1.1 水的电离和溶液的酸碱性 讲义

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3.1.1 水的电离和溶液的酸碱性

学习聚焦


知识精讲

知识点01 水的电离
1．水是极弱电解质，在25℃时，纯水极难电离：c(H+)=c(OH-)=10-7mol·L-1。
2．水的电离方程式为H2O＋H2OH3O＋＋OH－，可简写为H2OH＋＋OH－。
3．由于水的电离是吸热过程，所以升高温度，水的电离程度增大。
4．加入酸或碱，水的电离平衡逆向移动，电离程度减小。
【即学即练1】能影响水的电离平衡，并使溶液中的c(H＋)＞c(OH－)的操作是
A．向水中投入一小块金属钠 B．将水加热煮沸
C．向水中通入CO2气体 D．向水中加食盐晶体
【答案】C
【解析】A项中加入Na，Na与H2O反应生成NaOH，使c(OH－)＞c(H＋)；B项中c(H＋)＝c(OH－)；C项中通入CO2：CO2＋H2OH2CO3，故c(H＋)＞c(OH－)；而D项中c(H＋)＝c(OH－)，故选C。

知识点02 水的离子积常数
1．水的离子积常数：Kw＝c(H＋)·c(OH－)，室温下：Kw＝1×10－14。
2．影响因素；只与温度有关，升高温度，Kw增大。
3．适用范围：Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。
4．Kw揭示了在任何水溶液中均存在H＋和OH－，只要温度不变，Kw不变。
【即学即练2】关于水的离子积常数，下列说法不正确的是
A．蒸馏水中，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
B．纯水中，25 ℃时，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
C．25 ℃时，任何以水为溶剂的稀溶液中c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
D．Kw值随温度升高而增大
【答案】A
【解析】Kw只与温度有关，升高温度，Kw增大，25 ℃时，纯水和任何物质的水溶液中Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。答案为A。

知识点03 溶液的酸碱性与pH
1．溶液酸碱性的判断标准：[H＋]与[OH－]的相对大小。
[H＋]＝[OH－]，溶液呈中性
[H＋]＞[OH－]，溶液呈酸性，[H＋]越大，酸性越强
[H＋]＜[OH－]，溶液呈碱性，[OH－]越大，碱性越强

2．溶液的pH与[H+]及酸碱性的关系
（1）pH是[H+]的负对数，其表达式是pH=-lg[H+]。
（2）溶液的pH、[H+]及酸碱性的关系图(25 ℃)：

（3）pH的适用范围：1×10－14 mol·L－1≤[H+]≤ 1 mol·L－1。

3．溶液酸碱性的表示方法
（1）物质的量浓度：当溶液中[H＋]或[OH－]＞1 mol·L－1时，直接用[H＋]或[OH－]表示。
（2）pH：当溶液中[H＋]或[OH－]≤1 mol·L－1时，可以使用pH表示（当然也可以直接参与用H+或OH-的浓度表示）。
说明：利用[H＋]和[OH－]的相对大小判断溶液酸碱性，在任何温度下均适用。
【即学即练3】下列有关溶液的酸碱性与pH的说法错误的是
A．溶液pH越小，酸性越强，反之，碱性越强
B．pH0，下列叙述正确的是
A．向水中加入稀NaOH溶液，平衡逆向移动，c(OH－)降低
B．向水中滴加浓盐酸至c(HCl)＝0.01 mol/L，则溶液中c(OH－)＝1×10－12 mol/L
C．降温，使平衡右移，c(H＋)增大，溶液呈酸性
D．将水加热，Kw增大，pH不变
【答案】B
【解析】加入稀NaOH溶液，c(OH－)增大，A错；滴加浓盐酸，c(H＋)增大，平衡逆向移动， Kw不变，则c(OH－)＝＝ mol/L＝1×10－12 mol/L，B正确；降温，平衡左移，c(H＋)减小，溶液仍然呈中性，C错；加热，Kw增大，pH应变小，D错。

常见考法二 溶液酸碱性的判断
【例2】一定呈酸性的溶液是
A．pH=6的溶液 B．[OH-]c(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，就不能用来判断溶液的酸碱性。B项中可使紫色石蕊溶液变红，则该溶液为酸性。D项中水电离的c(H)＋＜10－7 mol·L－1，说明向水中加入了可抑制水电离的酸或者是碱，溶液的酸碱性不能确定。
【同步练习2-2】下列溶液一定呈中性的是
A．pH＝7的溶液
B．c(H＋)＝c(OH－)的溶液
C．由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液
D．非电解质溶于水得到的溶液
【答案】B
【解析】溶液呈中性的根本标志是c(H＋)＝c(OH－)，B正确；当pH＝7时，只说明c(H＋)＝10－7 mol·L－1，当温度升高时，中性溶液中的c(H＋)>10－7 mol·L－1，即pH 1。故答案为C。
6．NaHSO4在水中的电离方程式为。某温度下，向c(H+)=1×10-6 mol/L的蒸馏水中加入NaHSO4晶体，保持温度不变，测得溶液c(H+)=1×10-2 mol/L。下列对该溶液的叙述不正确的是
A．该温度高于25℃
B．由水电离出来的H+的浓度为1×10-10 mol/L
C．加入NaHSO4晶体抑制了水的电离
D．取该溶液加水稀释100倍，溶液中的c(OH-)减小
【答案】D
【解析】A．在室温下水的离子积常数Kw=1×10-14。某温度下，蒸馏水c(H+)=1×10-6 mol/L，则该温度下水的离子积常数Kw=1×10-12＞1×10-14，说明温度高于室温25℃，A正确；
B．向该温度下的蒸馏水中加入NaHSO4晶体，测得溶液c(H+)=1×10-2 mol/L，则该温度水溶液中c(OH-)=1×10-10 mol/L。溶液中的OH-就是水电离产生，由于水电离产生的c(H+)=c(OH-)，因此该溶液中由水电离出来的H+的浓度为1×10-10 mol/L，B正确；
C．加入NaHSO4晶体，盐溶于水电离产生H+，增大了溶液中c(H+)，水的电离平衡逆向移动，因而抑制了水的电离，C正确；
D．向蒸馏水中加入NaHSO4晶体，盐溶于水电离产生H+，使溶液显酸性。取该溶液加水稀释100倍，溶液中c(H+)减小，由于Kw=c(H+)·c(OH-)，所以c(H+)减小，则c(OH-)增大，D错误；
故合理选项是D。
7．下列关于溶液酸碱性的说法正确的是
A．pH=7的溶液呈中性
B．中性溶液中一定有c(H＋)=1.0×10-7mol·L-1
C．c(H＋)=mol·L-1的溶液呈中性
D．在100 ℃时，纯水的pH1.0×10－7mol/L
C．25℃时水的电离程度大于35℃时水的电离程度
D．水的电离是吸热的
【答案】 D
【解析】选项A，升高温度促进水电离，则c(H+)随温度的升高而增大，A项错误。选项B，升高温度促进水电离，但水中仍然存在c(H+)=c(OH-)，呈中性，B项错误。选项C，升高温度会促进水的电离，则25℃时水的电离程度小于35℃时水的电离程度，C项错误。选项D，升高温度促进水电离，则水的电离是吸热的，D项正确。答案为D。
13．关于常温下pH为2的盐酸，下列叙述正确的是
A．将10mL该溶液稀释至100mL后，pH=4
B．向该溶液中加入等体积pH为12的氨水恰好完全中和
C．该溶液中盐酸电离出的c(H+)与水电离出的c(H+)之比为1010
D．该溶液中由水电离出的c(H＋)水·c(OH－)水＝1.0×10－14
【答案】C
【解析】选项A，将10 mL pH=2的盐酸稀释至100 mL，c(H+)=10-2mol/L×10mL/100mL=10-3 mol/L，pH=3，故A错误。选项B，向该溶液中加入等体积pH为12的氨水，由于一水合氨部分电离，氨水过量，HCl完全反应后溶液中仍含有大量的NH3•H2O，故B错误。选项C，该溶液中水电离出的c(H＋)水＝c(OH－)水＝10-14/10-2mol/L=10-12mol/L，则盐酸电离出的c(H＋)与水电离出的c(H＋)之比为10-2:10-12=1010:1，故C正确。选项D，该溶液中由水电离出的c(H＋)水·c(OH－)水＝1.0×10－12×10－12＝10-24，故D错误。答案为C。
14．有关常温下pH为3的柠檬水溶液的说法不正确的是
A．溶液中，c(H+)为1×10-3 mol·L-1
B．溶液中，水电离出的c(H+)为1×10-3 mol·L-1
C．溶液中，c(OH-)为1×10-11 mol·L-1
D．加水稀释100倍后，水的电离程度增大
【答案】B
【解析】选B。pH为3的柠檬水溶液中，酸电离出来的c(H+)=0.001 mol·L-1，根据c(OH-)=Kw/c(H+)，溶液中的c(OH-)=10-14/10-3 mol·L-1=1×10-11 mol·L-1，则水电离出来的H+浓度就是1×10-11mol·L-1，A、C正确，B错误。加水稀释100倍后，溶液中c(H+)减小，对水的电离抑制作用减小，故水的电离程度增大，D正确。
15．现有下列物质：①100 ℃纯水；②25 ℃ 0.1 mol·L－1 HCl溶液；③25 ℃ 0.1 mol·L－1 KOH溶液；④25 ℃ 0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液。
(1)这些物质与25 ℃纯水相比，能促进水的电离的是______(填序号，下同)，能抑制水的电离的是________，水电离的c(OH－)等于溶液中c(OH－)的是________，水电离的 c(H＋)等于溶液中c(H＋)的是________。
(2)从②和③溶液中水的电离程度相等，进而可推出的结论是：同一温度下，______________________________时，水的电离度相等。
【答案】(1)①　②③④　①②　①③④
(2)酸溶液中的c(H＋)等于碱溶液中的c(OH－)
【解析】水的电离过程吸热，升温，促进水的电离，酸或碱抑制水的电离；强酸溶液中，由于酸电离出的c(H＋)远大于水电离出的c(H＋)，酸电离的c(H＋)可看成溶液中的c(H＋)；强碱溶液中，由于碱电离的c(OH－)远大于水电离的c(OH－)，碱电离的c(OH－)可看成溶液中的c(OH－)。
16．(1)t℃时，水的，则该温度______(填“>”“     升温促进水的电离，Kw增大    
（2）碱性     1×10-7    
（3）向右     向右    
（4）等于    
【解析】(1)升高温度，Kw增大，由于Kw=1×10-12＞1×10-14，因此该温度大于25℃；
(2)该温度下，溶液中c(OH-)= 1×10-12/1×10-7=1×10-5 mol·L－1，因为c(OH-)＞c(H+)，所以溶液呈碱性；NaOH溶液中由水电离出的c(OH－)等于溶液中的c(H＋)，即为1×10-7 mol·L－1；
(3)Zn与稀硫酸反应过程中，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。新制氯水中加入少量NaCl固体，反应Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO的平衡向左移动，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动；
(4)pH=4的盐酸中，由水电离出的c(H+)= 1×10-14/1×10-4=1×10-10 mol·L－1，pH=10的Ba(OH)2溶液中，由水电离出的c(H+)=10-10 mol·L－1，故两种溶液中水的电离程度相同。
17．t ℃时，某NaOH稀溶液中c(H＋)＝10－a mol·L－1，c(OH－)＝10－b mol·L－1，已知a＋b＝12，请回答下列问题：
(1)该温度下水的离子积常数Kw＝________。
(2)该NaOH溶液中NaOH的物质的量浓度为______________，该NaOH溶液中由水电离出的c(OH－)为________。
(3)给该NaOH溶液加热，pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】(1)10－12　(2)10－b mol·L－1　10－a mol·L－1 (3)变小
【解析】(1)Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10－a·10－b＝10－(a＋b)＝10－12。
(2)c(NaOH)＝c(OH－)＝10－b mol·L－1；该溶液中c(H＋)＝10－a mol·L－1，NaOH溶液中H＋全是水电离的，c(H＋)水电离＝c(OH－)水电离＝10－a mol·L－1。
(3)温度升高时，Kw变大，而c(H＋)＝，所以c(H＋)变大，pH变小。

题组C 培优拔尖练
18．下列叙述正确的是
A．无论是纯水，还是酸、碱性或中性稀溶液在常温下，其c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－14
B．c(H＋)＝1.0×10－7 mol·L－1的溶液一定是中性溶液
C．0.2 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)是0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)的2倍
D．任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱
【答案】A
【解析】Kw＝c(H＋)·c(OH－) ，且Kw只与温度有关，所以常温下，无论是纯水，还是酸性、碱性或中性稀溶液中，其Kw＝1.0×10－14；在温度不确定时，中性溶液中的c(H＋)不一定等于1.0×10－7 mol·L－1；0.2 mol·L－1 CH3COOH溶液中的CH3COOH电离程度比0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中的CH3COOH电离程度小，所以0.2 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)小于0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)的2倍；当c(H＋)或c(OH－)大于1 mol·L－1时，用pH表示溶液的酸碱性就不简便了，所以，当c(H＋)或c(OH－)大于1 mol·L－1时，一般不用pH表示溶液的酸碱性，而是直接用c(H＋)或c(OH－)来表示。
19．已知温度T时水的离子积常数为Kw, 该温度下，将浓度为a mol·L－1的一元酸HA与b mol·L－1的一元碱BOH等体积混合，可判定该溶液呈中性的依据是
A．a＝b
B．混合溶液的pH＝7
C．混合溶液中，c(H＋)＝ mol·L－1
D．混合溶液中，c(H＋)＋c(B＋)＝c(OH－)＋c(A－)
【答案】 C
【解析】 因为一元酸和一元碱的强弱未知，所以不可依据a＝b判断，A错误；只有25 ℃时中性溶液的pH＝7，所以B项错误；C项，Kw＝c(H＋)·c(OH－)，中性溶液中c(H＋)＝c(OH－)，所以c(H＋)＝ mol·L－1，C项正确；D项，无论溶液呈酸性、碱性还是中性，根据电荷守恒都有c(H＋)＋c(B＋)＝c(OH－)＋c(A－)，D错误。
20．已知某温度下，水的离子积常数，请回答下列问题：
（1）此温度_______________（填“>”“     水的电离是吸热过程，升高温度，促进水的电离，水的离子积常数随温度的升高而增大     (2)AB     10-6 mol·L－1
【解析】（1）由于若电解质的电离是个吸热的过程，因为此温度下的Kw=1.0×10-12大于25℃时的Kw=1.0×10-14，说明此温度高于25℃，故答案为：>；水的电离是吸热过程，升高温度，促进水的电离，水的离子积常数随温度的升高而增大；
（2）A．通入适量SO2气体，SO2与H2O反应生成H2SO3，抑制水的电离，A符合题意；
B．加入适量Ba(OH)2溶液，其电离出的OH-抑制水的电离，符合题意；
C．升温促进水的电离，不合题意；
D．加入Na，Na与H2O电离出的H+反应，促进了水的电离，不合题意；
故答案为：AB.
（3）纯水中c(H+)=c(OH-)，又有此温度下Kw=1.0×10-12= c(H+)=c(OH-)，所以c(H+)=10-6 mol·L－1。
22．(1)常温下，的硫酸溶液中由水电离出的c(H＋) =______。
(2)常温下，由水电离出的的溶液中，______。
(3)某温度下，纯水的，则此时纯水的为_______。若温度不变，滴入稀盐酸使，则溶液中为_______，此时温度_______(填“高于”“低于”或“等于”)25℃。
【答案】（1）1×10-13    
（2）0.1    
（3）2×10-7 mol·L－1     8×10-11 mol·L－1 高于
【解析】(1)常温下，0.05 mol·L－1的硫酸溶液中氢离子浓度是0.1 mol·L－1，由水电离出的c(H＋)等于溶液中OH-的浓度，为1×10-13 mol·L－1。
(2)常温下，由水电离出的c(H＋) =1×10-13 mol·L－1的NaOH溶液中OH-的浓度是0.1 mol·L－1，由于氢氧化钠是一元强碱，则c(NaOH) =0.1 mol·L－1。
(3)纯水中H+浓度一定等于OH-的浓度，因此某温度下，纯水的c(H+)=2×10-7 mol·L－1，则此时纯水的c(OH-)=2×10-7 mol·L－1。该温度下水的离子积常数是4×10-14，若温度不变，滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4 mol·L－1，则溶液中c(OH-)=4×10-14/5×10-4 mol·L－1=8×10-11 mol·L－1。由于此时水的离子积常数大于10-14，水电离吸热，所以此时温度高于25℃。