(共22张PPT)
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
第1课时
水的电离
引入
在水溶液中,酸、碱和盐全部或部分以离子形式存在,那么,其中的溶剂水是全部以分子形式存在(如图3-5),还是部分以离子形式存在呢 怎样验证你的猜想?
H2O是一种最普通而又具有许多特性的物质,也是应用最广泛的溶剂。
【导】
课标要求 核心素养
1.认识水的电离存在电离平衡,了解水的电离平衡的影响因素,掌握水的离子积常数。 2.运用弱电解质的电离模型分析水的电离。 1.宏观辨识与微观探析:
通过观察水的导电性实验,知道水是一种极弱电解质,建立水的电离平衡,了解水的离子积常数——Kw;
2.证据推理与模型认知:
通过回忆影响弱电解质电离平衡的因素来分析影响水电离平衡的因素,发展应用模型解决问题的能力。
素养目标
重点难点
水的离子积常数。
【导】
【导】
水的导电性实验
观察现象:(1)灵敏电流表指针_______,(2)灯泡_______。
结论:水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离。
转动
不亮
精确的导电性实验表明,纯水大部分以H2O的形式存在,但其中也存在着极少量的H3O+(水合氢离子)和OH-。这表明水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离( 如下图):
1、水的电离
25°C 1L水只有10-7molH2O发生电离
H2O+ H2O H3O+ +OH-
简写为:
H2O H+ +OH-
H+为裸质子,不稳定,与水结合,形成H3O+,即水合氢离子
一、 水的电离
(1)定义:当水的电离H2OH+ +OH- 达到平衡时,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,记作KW,简称水的离子积。
(2)表达式:KW=c(H+)·c(OH-),
注意:25 ℃常温下时, 纯水中 KW=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14,
所以水电离出的c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1。
(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。
【c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中H+、OH-总的物质的量浓度】。
2、水的离子积常数KW
【思考】如何衡量水的电离的限度?
一、 水的电离
K电离=
c(H+) ×c(OH-)
c(H2O)
【思】
【展】
(4)影响因素:
Kw只受温度影响。温度升高,促进水的电离,水的离子积增大。
如:常温下, Kw = 1.0×10-14;100℃下, Kw = 55×10-14 ≈ 1.0×10-12
水电离的c(H+)=水电离的c(OH- )=?
T/℃ 0 10 20 25 40 50 100
Kw/10-14 0.114 0.292 0.681 1.00 2.92 5.47 55.0
【思考】分析表格中的数据,有何规律,得出什么结论?并解释?
水的电离H2OH+ +OH-是吸热过程
2、水的离子积常数KW
一、 水的电离
【思】
水的电离方程式为:H2OH+ +OH-, H >0其平衡移动的分析,符合勒夏特列原理。
条件 移动方向 c(H+) c(OH-) 电离程度 Kw
升温
通入HCl(g)
通入氨气
加 Na2O
加FeCl3(s)
加入NaHSO4(s)
3、水的电离平衡的影响因素
一、 水的电离
右移 增大 增大 增大 增大
左移 增大 减小 减小 不变
左移 减小 增大 减小 不变
左移 减小 增大 减小 不变
右移 增大 减小 增大 不变
左移 增大 减小 减小 不变
【思】3min
【议】3min
【展】
【课堂练习1】水的电离为H2O H++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
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。
D
一、 水的电离
【检】
1.某温度时,水溶液中Kw=4×10-14,那么该温度比常温(25 ℃)高还是低?该温度下纯水中c(H+)是多少?
【深度思考】
提示:因此时水的离子积大于常温时水的离子积,故温度高于25 ℃,此时c(H+)=2×10-7mol·L-1。
2.水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-)中H+和OH-一定是水电离出来的吗?
提示:不一定。c(H+)和c(OH-)均指溶液中H+或OH-的总浓度,如盐酸中的H+包括HCl和H2O电离产生的H+,即c(H+)=c酸(H+)+c水(H+),而OH-全部来自水的电离。
一、 水的电离
【思】
【例题1】常温下, 0. 1 mol·L-1的盐酸溶液中c(H+)、c(OH-)的来源 具体数值?由水电离产生的c(H+)与c(OH-)是多少?
二、水电离出的c(H+)或者c(OH-)的计算
c(H+)=_______________,来源于_________________
c(OH-)=_______________,来源于_________________
KW=_______________。
由水电离出的c(H+)水=_______________,
c(OH-)水=_______________。
0.1 mol/L
酸的电离和水的电离
1.0×10-13 mol/L
水的电离
1.0×10-14
1.0×10-13 mol/L
1.0×10-13 mol/L
【思】
【例题2】常温下,浓度为0.01 mol·L-1的NaOH溶液中,c(H+)、c(OH-)的来源 具体数值?由水电离产生的c(H+)与c(OH-)是多少?
【解析】
0.01 mol·L-1NaOH溶液中c碱(OH-)=0.01 mol·L-1 (NaOH电离产生)。
根据25 ℃时水的离子积Kw=1.0×10-14,
可得c碱(OH-)·c水(H+)=1.0×10-14,
解得c水(H+)=c水(OH-)=1.0×10-12 mol·L-1。
二、水电离出的c(H+)或者c(OH-)的计算
【思】
【总结】Kw=c(H+)·c(OH-)中c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中所有H+、OH-的总物质的量浓度,但是一般情况下有:
(1)酸溶液中Kw=c(H+)酸·c(OH-)水(忽略水电离出的H+的浓度)。
(2)碱溶液中Kw=c(H+)水·c(OH-)碱(忽略水电离出的OH-的浓度)
(3)外界条件改变,水的电离平衡发生移动;
但由水电离出的c水(H+)与c水(OH-)一定相等。
二、水电离出的c(H+)或者c(OH-)的计算
【评】
(1)曲线上的任意点(如a,b,c)的Kw都 ,即c(H+)·c(OH-) ,温度 。
(2)曲线外的任意点(如d)与曲线上任意点的Kw ,温度 。
相同
相同
相同
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变,改变 ;实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定改变 。
不同
不同
酸碱性
温度
三、Kw的应用
1、水的电离平衡曲线的理解与识别
【思】
(1)A点水的离子积为________,
E点水的离子积为________。
造成A、E点水的离子积变化的原因是:______。
1×10-14
1×10-12
水的电离要吸热,温度升高,水的电离程度增大,即离子积增大
(2)25℃时,若向溶液中滴加盐酸,
能否使体系处于A点位置 为什么
____________________________________________。
(3)100 ℃时,若盐酸中c(H+)=5×10-4 mol·L-1,则由水电离产生的c(H+)=________。
否,在盐酸中c(H+)≠c(OH-),所以不可能处于A点
2×10-9 mol·L-1
(4)图中五点Kw间的大小关系:
【课堂练习2】在水的电离平衡中,c(H+)和c(OH-)的关系如图所示:
E>D>A=B=C
三、Kw的应用
【检】
【课堂练习3】
(1)常温下,某溶液中由水电离出来的c(H+)=1.0×10-11 mol·L-1,该溶液可能是________。
①二氧化硫的水溶液 ②氯化钠水溶液 ③硝酸钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液
①④
(2)某温度下,纯水的c(H+)=2×10-7 mol·L-1,则此时纯水的c(OH-)为__________________。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-)为________________,此时温度______(填“高于”“低于”或“等于”)25 ℃。
2×10-7 mol·L-1
8×10-11 mol·L-1
高于
3.1 水的电离
【检】
常温下,在由水电离产生的H+浓度为1×10-13mol·L-1的溶液中,一定能大量共存的离子组是( )
① K+、Cl-、NO3-、S2-
② K+、Fe2+、I-、SO42-
③ Na+、Cl-、NO3-、SO42-
④Na+、Ca2+、Cl-、HCO3-
⑤ K+、Ba2+、Cl-、NO3-
A.①③ B.③⑤ C.③④ D.②⑤
酸性条件不能共存
碱性条件不能共存
能共存
酸、碱性条件都不能共存
能共存
B
3.1 水的电离
【课堂练习4】
【检】
课堂总结
水的电离
外界因素对水电离平衡及Kw的影响
实验定性:H2O H++OH-
计算定量: Kw=c(H+)·c(OH-)
易错提醒:
1.水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),不仅适用于纯水,也适用于一切酸、碱、盐的稀溶液。在任何酸、碱、盐的稀溶液中,只要温度一定,Kw就一定。
2.在不同溶液中,c(H+)、c(OH-)可能不同,但任何溶液中由由水电离产生的c(H+)=由水电离产生的c(OH- )。在Kw的表达式中,c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中H+、OH-总的物质的量浓度而不是单指由水电离出的c(H+)、c(OH-)。
3.水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。
4.水的电离是吸热过程,升高温度,水的电离平衡向电离方向移动,c(H+)和c(OH-)都增大,故Kw增大,但溶液仍呈中性;对于Kw,若未注明温度,一般认为在常温下,即25 ℃。
3.1 水的电离
(1)升高温度,水的电离平衡右移,溶液中的c(H+)和c(OH-)均增大,但Kw不变。( )
(2)25 ℃时,水的离子积Kw=1.0×10-14,35 ℃时水的离子积Kw=2.1×10-14,则35 ℃时纯水中的c(H+)>c(OH-)。( )
(3)任何水溶液中均存在H+和OH-,且水电离出的c(H+)和c(OH-)相等。 ( )
(4)向水中加入酸抑制水的电离,向水中加入碱促进水的电离。( )
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
×
×
√
×
2.在氨水中存在的粒子有 ;
在氯水中存在的粒子有 。
NH3、NH3 H2O、H2O、OH-、NH4+、H+
Cl2、H2O、H+、OH-、ClO-、HClO、Cl-
【检】
【巩固训练】
3.25 ℃时,水的电离达到平衡:H2O H++OH- ΔH>0。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.向水中加入少量固体钠,平衡逆向移动,c(H+)减小
D.将水加热,KW增大,c(H+)不变
解析:向水中加入稀氨水,OH-浓度增大,水的电离平衡逆向移动,A项错误;硫酸氢钠是强酸酸式盐,向水中加入少量固体硫酸氢钠,其在水溶液中完全电离: c(H+)增大,由于KW只与温度有关,所以KW不变,B项正确;向水中加入少量固体钠,由于金属钠非常活泼,可与水电离出的H+直接发生置换反应,产生H2,故促进了水的电离,使平衡正向移动,C项错误;将水加热,KW增大,c(H+)、c(OH-)同等倍数增大,D项错误。
√
【检】
【巩固训练】
4.某温度下,纯水中c(H+)=2.0×10-7 mol·L-1,则此时c(OH-)=
;温度不变,向水中滴入盐酸使c(H+)=5.0 mol·L-1,则溶液中c(OH-)= 。
解析:纯水中c(H+)始终等于c(OH-),所以c(OH-)=2.0×10-7 mol·L-1。此温度下,KW=c(H+)·c(OH-)=4.0×10-14。向水中滴加盐酸,KW不变,
2.0×10-7 mol·L-1
8.0×10-15 mol·L-1
【检】
【巩固训练】