3.2 水的电离和溶液的pH（第1课时 水的电离 溶液的酸碱性与pH）-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

 第三章 第二节 水的电离和溶液的pH
第1课时 水的电离 溶液的酸碱性与pH
【学习目标】
1．认识水的电离，水是一种极弱的电解质。
2．结合电离常数，了解水的离子积常数，其适用于任何水溶液。
3．结合实例，能判断溶液的酸碱性及pH，掌握检测溶液pH的方法。
4．能进行溶液pH的简单计算，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。
【素养目标】
1．能从微观角度通过c(H＋)和c(OH－)的相对大小判断溶液的酸碱性，同时从宏观角度通过pH计、pH试纸等判断溶液的酸碱性，培养“宏观辨识与微观探析”学科素养。
2．能从电离平衡的角度，理解外界条件对水的电离平衡的影响，解释溶液酸碱性的变化，培养“变化观念与平衡思想”
3．理解水的离子积常数，形成认知模型，能够运用水的离子积常数进行有关计算及判断，培养“证据推理与模型认知”学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：水的电离
1．水的电离
(1)水是极弱的电解质，水的电离方程式为H2O＋H2OH3O＋＋OH－或简写为H2OH＋＋OH－。
(2)25 ℃时，纯水中c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7mol·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 (Kw)
(1)含义：因为水的浓度可看作常数，所以水中的c(H＋)·c(OH－)可看作常数，称为水的离子积常数，简称水的离子积，用Kw表示。
(2)表达式与数值：表达式Kw＝c(H＋)·c(OH－)，常温时，Kw＝1.0×10－14。
(3)影响因素：Kw只受温度影响，由于水的电离是吸热过程，温度升高，Kw增大。
【点拨】对于酸、碱、盐的稀溶液中，c(H2O)也可认为是定值。Kw＝c(H＋)·c(OH－)，但c(H＋)、c(OH－)为溶液中的浓度，不一定都是水电离出来的。
理解Kw应注意的几个问题
(1)Kw揭示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡，H＋和OH－共存，只是相对含量不同而已。
(2)Kw只与温度有关。因为水的电离是吸热过程，所以温度升高，有利于水的电离，Kw增大，如100 ℃，Kw＝5.45×10－13。但是在室温下，Kw为1.0×10－14。
(3)Kw不仅适用于纯水，还适用于酸、碱的稀溶液，且由水电离的c水(H＋)＝c水(OH－)。此时，水溶液中水的离子积常数不变。

3．外界条件对水的电离平衡的影响
改变条件
平衡移动方向
Kw
水的电离程度
c(OH－)
c(H＋)
HCl
逆
不变
减小
减小
增大
NaOH
逆
不变
减小
增大
减小
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
NaHSO4
逆
不变
减小
减小
增大
加热
正
增大
增大
增大
增大

典例1．水是最宝贵的资源之一。下列表述正确的是( )
A．4 ℃时，纯水的pH＝7
B．温度升高，纯水中的c(H＋)增大，c(OH－)减小
C．水的电离程度很小，纯水中主要存在形态是水分子
D．向水中加入酸或碱，都可抑制水的电离，使水的离子积减小
【答案】C
【解析】25 ℃时，纯水的pH＝7,4 ℃时，纯水的电离程度减小，pH稍大于7，A错误；温度升高，水的电离平衡向右移动，c(H＋)与c(OH－)均增大，B错误；水是一种极弱的电解质，电离程度很小，25 ℃时，纯水电离出的H＋浓度只有1.0×10－7 mol·L－1，纯水中主要存在形态是水分子，C正确；水的离子积不受溶液酸碱性的影响，D错误。
典例2．在相同温度下，0.01 mol·L－1的NaOH溶液和0.01 mol·L－1的盐酸相比较，下列说法正确的是( )
A．由水电离出的c(H＋)相等
B．由水电离出的c(H＋)都是1.0×10－12 mol·L－1
C．由水电离出的c(OH－)都是0.01 mol·L－1
D．两者都促进了水的电离
【答案】A
【解析】A项，二者c(H＋)、c(OH－)相同，对水电离抑制程度相同；B、C项，没有告诉温度，Kw不知，无法求水电离出的c(H＋)H2O、c(OH－)H2O；D项，二者均抑制水电离。
知识点二：溶液的酸碱性与pH
1．溶液的酸碱性　pH概念
(1)pH计算公式：pH＝－lg_c(H＋)。
(2)溶液呈酸碱性的本质：溶液的酸碱性取决于c(H＋)和c(OH－)的相对大小
溶液的酸碱性
c(H＋)与c(OH－)比较
常温下溶液pH
酸性溶液
c(H＋)＞c(OH－)
＜7
中性溶液
c(H＋)＝c(OH－)
＝7
碱性溶液
c(H＋)＜c(OH－)
＞7
(3)溶液的酸碱性与pH的关系(常温下)

2．pH的测定
(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：
指示剂
变色范围的pH
石蕊
＜5.0
红色
5.0～8.0
紫色
>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

(2)pH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。
(3)pH计测定
3．pH计算
(1)单一溶液的pH计算
强酸溶液
如HnA，设浓度为c mol·L－1，c(H＋)＝nc mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg nc
强碱溶液(25 ℃)
如B(OH)n，设浓度为c mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝14＋lg nc
弱酸溶液和弱碱溶液的pH计算，可以根据电离度(α)或电离常数(Ka/Kb)进行计算

(2)混合溶液的pH计算
两种强酸混合
直接求出c混(H＋)，再据此求pH。
c混(H＋)＝
两种强碱混合
先求出c混(OH－)，再据KW求出c混(H＋)，最后求pH。c混(OH－)＝
强酸和强碱混合
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－)＝

【思维建模】 溶液pH计算的一般思维模型

典例3．计算25 ℃时下列溶液的pH
(1)0.005 mol·L－1的H2SO4溶液的pH＝__________。
(2)0.001 mol·L－1的NaOH溶液的pH＝____________。
(3)pH＝2的盐酸加水稀释到1 000倍，溶液的pH＝__________。
(4)将pH＝8的NaOH溶液与pH＝10的NaOH溶液等体积混合，混合溶液的pH＝__________。
(5)0.015 mol·L－1的硫酸与0.01 mol·L－1的NaOH溶液等体积混合，混合溶液的pH＝_______。
【答案】　(1)2　 (2)11　 (3)5　 (4)9.7　 (5)2
【解析】　(1)c(H2SO4)＝0.005 mol·L－1，c(H＋)＝2×c(H2SO4)＝0.01 mol·L－1，pH＝2。(2)c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－11 mol·L－1，pH＝11。(3)pH＝2的盐酸加水稀释到1 000倍，所得溶液的pH＝2＋3＝5。(4)由pH＝8、pH＝10可得两溶液等体积混合后，c(OH－)＝ mol·L－1＝×10－6 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1≈　2.0×10－10 mol·L－1，pH≈9.7。(5)混合后c(H＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则pH＝2。
典例4．将pH＝1的盐酸平均分成两份，一份加入适量水，另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液，pH都升高了1，则加入的水与NaOH溶液的体积比为(　　)
A．9　　　　　　 　B．10 C．11 D．12
【答案】C
【解析】将pH＝1的盐酸加适量水，pH升高了1，说明所加的水是原溶液的9倍；另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液后，pH升高了1，则10－1×1－10－1·x＝10－2·(1＋x)，解得x＝，则加入的水与NaOH溶液的体积比为9∶＝11∶1。
4．溶液酸、碱性的两种判断方法
(1)根据pH、pOH、p进行判断
pH