第38讲 水的电离和溶液的pH -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．了解水的电离、离子积常数(Kw)。
2．能进行溶液pH的简单计算，能正确测定溶液的pH。
3．能调控溶液的酸碱性，能选择实例说明溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用。
【知识精讲】
考点一 水的电离与水的离子积常数
1．水的电离方程式
(1)水是极弱的电解质，能发生微弱的电离，其电离方程式为H2O＋H2OH3O＋＋OH－，可简写为H2OH＋＋OH－，水的电离常数K电离＝eq \f(c（H＋）·c（OH－）,c（H2O）)。
(2)25 ℃时，纯水中c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7ml·L－1；任何水溶液中，由水电离出的c(H＋)与c(OH－)都相等。
2．水的离子积常数
当水的电离达到电离平衡时，电离产物H＋和OH－浓度之积是一个常数，叫做水的离子积常数。
(1)室温下：Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝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。
3．影响水电离平衡的因素
填写外界条件对H2OH＋＋OH－ ΔH>0的具体影响
4．水电离出的c(H＋)水或c(OH－)水的相关计算
(1)当抑制水的电离时(如酸或碱溶液)
在溶液中c(H＋)、c(OH－)较小的数值是水电离出来的。具体见下表：
(2)当促进水的电离时(如盐的水解)
在溶液中c(H＋)、c(OH－)较大的数值是水电离出来的。具体见下表：
【例题1】一定温度下，水溶液中H＋和OH－的浓度变化曲线如图。下列说法正确的是( )
A．升高温度，可能引起由c向b的变化
B．该温度下，水的离子积常数为1.0×10－13
C．该温度下，加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D．该温度下，稀释溶液可能引起由c向d的变化
【例题2】室温下，pH＝11的某溶液中水电离出的c(OH－)为( )
①1.0×10－7 ml·L－1 ②1.0×10－6 ml·L－1 ③1.0×10－3 ml·L－1 ④1.0×10－11 ml·L－1
A．③ B．④
C．①或③ D．③或④
【例题3】25 ℃时，在等体积的①pH＝0的H2SO4溶液、②0.05 ml·L－1的Ba(OH)2溶液、③pH＝10的Na2S溶液、④pH＝5的NH4NO3溶液中，发生电离的水的物质的量之比是( )
A．1∶10∶1010∶109B．1∶5∶(5×109)∶(5×108)
C．1∶20∶1010∶109D．1∶10∶104∶109
【例题4】室温下，计算下列溶液中水电离出的。
(1)0.01 ml·L－1的盐酸中，＝___________________________________。
(2)pH＝4的亚硫酸溶液中， ＝___________________________________。
(3)pH＝10的KOH溶液中，＝___________________________________。
(4)pH＝4的NH4Cl溶液中，＝__________________________________。
(5)pH＝10的CH3COONa溶液中，＝______________________________。
考点二 溶液的酸碱性和pH
1．溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H＋)和c(OH－)的相对大小。
2．pH及其测量
(1)pH
①定义：c(H＋)的负对数，pH＝－lg_c(H＋)。
②意义：pH越大，溶液的碱性越强，pH越小，溶液的酸性越强。
③适用范围：1×10－14 ml·L－1≤c(H＋)≤1 ml·L－1的溶液。
(2)溶液的酸碱性与pH的关系(常温下)
(3)测量方法
①酸碱指示剂法
该法只能测其pH的大致范围，常见指示剂变色范围如下表：
②pH试纸法
用镊子夹取一小块试纸放在洁净的玻璃片或表面皿上，用玻璃棒蘸取待测液点在试纸的中央，变色后与标准比色卡对照。
③pH计测定
通过仪器来精确测定溶液的pH。
3．溶液pH的计算
溶液pH计算的一般思维模型
(1)单一溶液的pH计算
强酸溶液：如HnA，设浓度为c ml·L－1，c(H＋)＝nc ml·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg(nc)。
强碱溶液(25 ℃)：如B(OH)n，设浓度为c ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(10－14,nc) ml·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝14＋lg(nc)。
(2)混合溶液pH的计算类型
①两种强酸混合：先求出c混(H＋)，再根据c混(H＋)求pH。
c混(H＋)＝eq \f(c1（H＋）V1＋c2（H＋）V2,V1＋V2)。
②两种强碱混合：先求出c混(OH－)，再根据Kw求出c混(H＋)，最后求pH。
c混(OH－)＝eq \f(c1（OH－）V1＋c2（OH－）V2,V1＋V2)。
③强酸、强碱混合：先判断哪种物质过量，再由下式求出溶液中H＋或OH－的浓度，最后求pH。
c混(H＋)或c混(OH－)＝eq \f(|c酸（H＋）V酸－c碱（OH－）V碱|,V酸＋V碱)。
(3)酸、碱溶液稀释时pH的变化
【例题5】常温下，关于溶液稀释的下列说法正确的是( )
A．pH＝3的醋酸溶液稀释100倍，pH＝5
B．pH＝4的H2SO4溶液加水稀释100倍，溶液中由水电离产生的c(H＋)＝1×10－6 ml·L－1
C．将1 L 0.1 ml·L－1的Ba(OH)2溶液稀释为2 L，pH＝13
D．pH＝8的NaOH溶液稀释100倍，其pH＝6
【例题6】计算常温时下列溶液的pH (忽略溶液混合时体积的变化)：
(1)pH＝2的盐酸与等体积的水混合，溶液的pH＝________；
(2)pH＝2的盐酸加水稀释到1 000倍，溶液的pH＝________；
(3)0.1 ml·L－1的CH3COOH溶液(已知CH3COOH的电离常数K＝1.8×10－5)的pH＝________；
(4)0.1 ml·L－1 NH3·H2O溶液(NH3·H2O的电离度为α＝1%，电离度＝eq \f(已电离的弱电解质浓度,弱电解质的初始浓度)×100%)的pH＝________；
(5)常温下，将0.1 ml·L－1氢氧化钠溶液与0.06 ml·L－1硫酸溶液等体积混合，溶液的pH＝________。
【例题7】在某温度时，测得0.01 ml·L－1NaOH溶液的pH为11。
(1)该温度下水的离子积常数Kw＝________。
(2)在此温度下，将pH＝a的NaOH溶液Va L与pH＝b的硫酸Vb L混合。
①若所得混合液为中性，且a＝12，b＝2，则Va∶Vb＝________。
②若所得混合液为中性，且a＋b＝12，则Va∶Vb＝________。
【真题演练】
1．（2022·全国·高考真题）常温下，一元酸的。在某体系中，与离子不能穿过隔膜，未电离的可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中，当达到平衡时，下列叙述正确的是（ ）
A．溶液Ⅰ中
B．溶液Ⅱ中的HA的电离度为
C．溶液Ⅰ和Ⅱ中的不相等
D．溶液Ⅰ和Ⅱ中的之比为
2．（2022·浙江·高考真题）pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是（ ）
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1ml·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
3．（2021·福建·高考真题）如图为某实验测得溶液在升温过程中(不考虑水挥发)的pH变化曲线。下列说法正确的是（ ）
A．a点溶液的比c点溶液的小
B．a点时，
C．b点溶液中，
D．ab段，pH减小说明升温抑制了的水解
4．（2021·浙江·高考真题）某同学拟用计测定溶液以探究某酸HR是否为弱电解质。下列说法正确的是（ ）
A．25℃时，若测得溶液，则HR是弱酸
B．25℃时，若测得溶液且，则HR是弱酸
C．25℃时，若测得HR溶液，取该溶液，加蒸馏水稀释至，测得，则HR是弱酸
D．25℃时，若测得NaR溶液，取该溶液，升温至50℃，测得，，则HR是弱酸
5．（2021·浙江·高考真题）25℃时，下列说法正确的是（ ）
A．NaHA溶液呈酸性，可以推测H2A为强酸
B．可溶性正盐BA溶液呈中性，可以推测BA为强酸强碱盐
C．0.010 ml·L-1、0.10ml·L-1的醋酸溶液的电离度分别为α1、α2，则α1＜α2
D．100 mL pH=10.00的Na2CO3溶液中水电离出H+的物质的量为1.0×10-5ml
6．（2020·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．的盐酸中
B．将溶液从常温加热至，溶液的变小但仍保持中性
C．常温下，溶液呈碱性，说明是弱电解质
D．常温下，为3的醋酸溶液中加入醋酸钠固体，溶液增大
7．（2020·浙江·高考真题）下列说法不正确的是（ ）
A．的溶液不一定呈碱性
B．中和pH和体积均相等的氨水、溶液，所需的物质的量相同
C．相同温度下，pH相等的盐酸、溶液中，相等
D．氨水和盐酸反应后的溶液，若溶液呈中性，则
【课后精练】
第I卷（选择题）
1．（2022·上海市北虹高级中学期末）下列措施使得水的电离：H2OH++OH－正向移动的是（ ）
A．滴加盐酸B．加入 NaOH 固体
C．加热D．加水
2．（2021·重庆市天星桥中学阶段练习）下列有关pH=11的氨水和pH=11的碳酸钠溶液中水的电离程度的比较正确的是（ ）
A．前者大于后者B．前者等于后者C．前者小于后者D．无法确定
3．（2022·全国课时练习）某温度下，向一定体积的溶液中逐滴加入等浓度的溶液，溶液[]与的变化关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．点，则点所示溶液呈酸性
B．该温度下水的离子积
C．点所示溶液呈中性，则、、三点中只有点溶液中水电离出的与水电离出的相等
D．点所示溶液中
4．（2022·新疆喀什·高三期末）下列关于弱电解质的电离平衡说法正确的是（ ）
A．CH3COOH溶液中存在电离平衡，而盐酸中不存在电离平衡
B．CH3COOH溶液中，CH3COOH达到电离平衡时，溶液中检测不出CH3COOH分子
C．氢碘酸的电离方程式为HI=H++I-
D．弱电解质溶液的导电能力一定比强电解质弱
5．（2022·山东临沂·二模）液氨具有微弱的导电性，加入钠单质可快速得到深蓝色溶液，并慢慢产生气泡，溶液导电能力显著提升。下列说法错误的是（ ）
A．液氨能够发生电离，有和生成
B．钠和液氨可发生反应：
C．蒸发钠的液氨溶液，蓝色会逐渐褪去
D．0.1ml钠投入液氨中生成0.01ml时，Na共失去0.02ml电子
6．（2022·宁夏·固原一中高三阶段练习）常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（ ）
A．0.1ml·L-1NaOH溶液：K+、Na+、、
B．0.1ml·L-1Na2CO3溶液：K+、Ba2+、、Cl-
C．加入KSCN显红色的溶液：K+、、Cl-、S2-
D．c(H+)/c(OH-)=1×1014的溶液：Ca2+、Na+、ClO-、
7．（2022·全国课时练习）某温度下，由组成的水的离子积为，已知，下列关于的叙述正确的是（ ）
A．该温度下，呈中性，其
B．该温度下，1L含的溶液的
C．该温度下，1L含的溶液的
D．该温度下，的溶液和的的溶液混合后(混合后溶液的体积变化忽略不计)，所得溶液的
8．（2022·河南商丘·高二期末）常温下，向20mL0.1ml·L-1的HA溶液中逐滴加入0.1ml·L-1的烧碱溶液，溶液中由水电离出的c水(H+)随加入烧碱溶液体积的变化如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．由图可知A-的水解平衡常数Kh约为1×10-9
B．B点溶液中粒子浓度之间存在：c(HA)氨水
15．（2022·重庆实验外国语学校阶段练习）常温下，向10VmLpH=a的稀硫酸中滴加VmLpH=b的NaOH溶液，所得溶液中c(Na+)=2c(SO)，则a+b的值是（ ）
A．13B．14C．15D．无法确定
16．（2022·湖北·高三开学考试）常温下，向一定浓度的H2X溶液中滴加NaOH溶液，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．H2X的电离常数Ka1的数量级为10-2
B．水电离的(H+)：N点c(HX-)>c(H+)=c(OH-)
第II卷（非选择题）
17．（2022·河南商丘·期末）已知部分弱酸的电离平衡常数如下表，根据表中数据回答下列问题。
(1)体积相同、pH相同的三种酸溶液①HCOOH ②HCN ③HCl分别与同浓度的NaOH溶液完全中和，消耗NaOH溶液的体积由大到小的顺序是_______(用序号表示)。
(2)25℃已知某浓度的HCOONa溶液pH=9，原因是____________________________。(用离子方程式表示)，该溶液中由水电离出的OH-浓度为_______。
(3)浓度相同的四种溶液①HCOONa ②NaCN ③NaHCO3 ④Na2CO3，其碱性由强到弱的顺序是______________(用序号表示)；其中HCOONa溶液中各离子浓度由大到小的顺序是______________。
(4)浓度均为0.1ml·L-1三种溶液①HCOONH4、②NH4CN、③NH4HCO3，这三种溶液中c(NH)从大到小的顺序为______________(用序号表示)。
18．（2022·四川·雅安中学阶段练习）运用相关原理，回答下列各小题：
(1)某H2SO4溶液的浓度是0.005 ml·L-1。
①此溶液的pH为_______；
②用水稀释到原来体积的100倍，pH为________；
③再继续稀释106倍，pH为________。
(2)室温下，某水溶液中存在的离子有Na+、A-、H+、 OH-。根据题意，回答下列问题：
①若由0.1 ml·L-1 HA溶液与0.1 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合而得，则溶液的pH____ 7( 填大小关系)。
②若溶液pH>7，则c(Na+)________c(A-)， 理由是____________________________。
③若溶液由pH=3的HA溶液V1mL与pH=11的NaOH溶液V2mL混合而得，则下列说法中正确的是______________ (填选项代号)。
A．若反应后溶液呈中性，则c(H+)+c(OH- )=2×10-7 ml·L-1
B．若V1=V2反应后溶液的pH 一定等于7
C．若反应后溶液呈酸性，则V1一定大于V2
D．若反应后溶液呈碱性，则V1一定小于V2
19．（2021·广西玉林·期中）常温下，有浓度均为0.1ml·L-1的下列6种溶液：
①NaCN溶液②NaOH溶液③CH3COONa溶液④NH3·H2O溶液⑤HCl溶液⑥FeCl3 溶液
(1)溶液③pH=10的原因是_____________________________________(用离子方程式表示，下同)；溶液④pH=11的原因是 ___________________________。
(2)溶液①中各离子浓度由大到小的顺序是_________________。
(3)溶液①和③相比较，pH (NaCN)_______pH (CH3COONa) (填“>”“”“＜”或“=”)。
21．（2021·山东·泰安一中高二期中）回答下列问题
(1)25℃时用氨水吸收甲酸可得到HCOONH4溶液，已知25℃时甲酸的电离常数Ka=1.8×10-4，NH3·H2O的电离常数Kb=1.8×10-5，HCOONH4 溶液显_______(填“ 酸性”、“ 中性” 或“ 碱性”)；溶液中的离子浓度由大到小排列是_________________；请计算反应NH3·H2O+HCOOHNH+ H2O+HCOO-的平衡常数K=_______。
(2)25℃时，向20mL0.1ml/L的NaOH溶液中滴加0.1ml/L的CH3COOH溶液，当滴加VmLCH3COOH溶液时，混合溶液的pH=7，已知CH3COOH的电离平衡常数为Ka，忽略混合时溶液体积的变化，Ka的表达式：Ka= _________________。(用含“数字和V”的式子表示)
(3)已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数：
同温度下，等pH值的a．NaHCO3、b．NaCN、c．Na2CO3溶液的物质的量浓度由大到小的顺序为_______(填序号)。
(4)物质的量浓度相同的醋酸和氢氧化钠溶液混合后，溶液中CH3COO-和Na＋浓度相等，则混合后溶液呈_______(填“酸性”，“中性”或“碱性”)，醋酸体积_______氢氧化钠溶液体积(填“ ＞” 、“=”或“8.0
蓝色
甲基橙
＜3.1
红色
3.1～4.4
橙色
>4.4
黄色
酚酞
＜8.2
无色
8.2～10.0
浅红色
>10.0
红色
酸(pH＝a)
碱(pH＝b)
弱酸
强酸
弱碱
强碱
稀释10n倍
＜a＋n
a＋n
>b－n
b－n
无限稀释
pH趋向于7
选项
探究方案及现象
探究目的
A
用pH计测量醋酸、盐酸的pH，比较溶液pH大小
醋酸是弱电解质
B
向久置的溶液中加入足量溶液，出现白色沉淀；再加入足量稀盐酸，部分沉淀溶解
不能被空气氧化
C
向NaBr溶液中滴加过量氯水，溶液变橙色，再加入淀粉KI溶液，溶液变蓝色
氧化性：
D
向盛有溶液的试管中滴加几滴KSCN溶液，振荡，再滴加几滴新制氯水，观察溶液颜色变化
具有还原性
A．演示喷泉实验
B．滴定实验中用标准碱液滴定盐酸接近滴定终点的操作
C．测稀硫酸的
D．制备氨水
弱酸
HCOOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数(25°C)
Ka=1.77×10-4
Ka=5.0×10-10
Ka1=4.3×10-7
Ka2=5.6×10-11
HCN
H2CO3
CH3COOH
Ka=4.9×10-10
Ka1=4×10-7 Ka2=5.6×10-11
Ka=1.7×10-5
弱酸化学式
HCN
H2CO3
电离平衡常数
4.9×10-10
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
弱酸
HClO
H2CO3
H2SO3
电离平衡常数(25℃)