3.1 第1课时 水的电离及电解质在水溶液中的存在形态 学案（含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.1 第1课时　水的电离及电解质在水溶液中的存在形态
【学习目标】
1.了解水的电离过程及水的离子积常数的含义,并能用Kw进行简单计算。
2.了解水电离的影响因素。
3.了解电解质在水溶液中的存在形态。
4.掌握电离方程式的书写。
【自主预习】
一、水的电离
1.水的电离
2.水的离子积
【微点拨】
Kw适用于所有稀的电解质水溶液,不仅仅适用于纯水。
二、电解质在水溶液中的存在形态
1.强、弱电解质的概念
(1)强电解质:在稀的水溶液中　　　　的电解质。
(2)弱电解质:在溶于水时　　　　的电解质。
2.电解质与物质类别及在水溶液中的存在形态
3.电离方程式
书写电离方程式时,强电解质用“”,弱电解质用“”。如:
(1)NaCl的电离方程式为　　　　　　　　。
(2)醋酸和一水合氨的电离方程式分别为　　　　　 　　　　　　　,　　　　　 　　　　　　　。
4.溶剂化作用
(1)溶剂化作用是指溶质离子或分子与溶剂分子　　　　的作用。
(2)电解质溶于水后的存在形态:由于溶剂化作用,电解质溶于水后以“水合离子”或“水合分子”的形态存在。
【参考答案】一、1.H2OH++OH-　1×10-7 mol·L-1
2.增大　1×10-14 mol2·L-2
二、1.(1)能完全电离　(2)部分电离
3.(1)NaClNa++Cl-　(2)CH3COOH
CH3COO-+H+　NH3·H2O　N+OH-
4.(1)相互吸引
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)25 ℃时,0.1 mol·L-1的NaOH溶液中Kw=1×10-13 mol2·L-2。 (　　)
(2)某温度下,纯水中的c平(H+)=2×10-7 mol·L-1,则c平(OH-)=。 (　　)
(3)25 ℃时,0.01 mol·L-1的盐酸中,c平(OH-)=1.0×10-12 mol·L-1。 (　　)
(4)强电解质的水溶液中无溶质分子,弱电解质的水溶液中有溶质分子。 (　　)
(5)强电解质溶液的导电能力强,弱电解质溶液的导电能力弱。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　
【解析】(1)25 ℃时,Kw=1.0×1 mol2·L-2。
(2)纯水中c平(H+)=c平(OH-)=2×10-7 mol·L-1。
(5)溶液的导电性与离子浓度大小有关,与电解质的强弱无关。
【合作探究】
任务1：水的电离和Kw
情境导入　安全用电常识要求:“严禁用湿手触摸电器,不用湿布擦拭电器;发现有人触电要设法及时关闭电源或者用干燥的木棍等物体将触电者与带电的电器分开……”“湿手”“湿布”“湿木棍”与“干手”“干布”“干木棍”的区别在于是否含水,水会引起触电。水能否导电 为什么
问题生成
1.将水加热,Kw、c平(H+)、c平(OH-)如何变化
【答案】将水加热,水的电离平衡右移,c平(H+)、c平(OH-)同等倍数增大,Kw也增大。
2.在纯水中存在Kw,在其他的水溶液中是否也存在Kw
【答案】任何一种稀的水溶液中都存在Kw。
3.在稀盐酸中存在OH-吗 25 ℃时稀盐酸中的Kw是多少
【答案】由于水存在电离平衡H2OH++OH-,故任何水溶液中都会存在H+和OH-,只是在酸溶液中c平(OH-)4.酸、碱稀溶液中的Kw如何
【答案】①在酸溶液中,H+主要由酸提供,水提供的c平(H+)水可忽略不计,即有Kw=c平(H+)酸·c平(OH-)水。②在碱溶液中,水提供的c平(OH-)水和碱提供的c平(OH-)碱相比,可忽略不计,即有Kw=c平(H+)水·c平(OH-)碱。
5.在任何水溶液中,由水电离出的H+和OH-的浓度是否一定相等
【答案】一定相等。
6.常温下,水电离出的c平(H+)水为1×10-13 mol·L-1时,溶液的酸碱性如何
【答案】水电离产生的c平(H+)水=1.0×10-13 mol·L-1,水的电离平衡受到抑制,有两种情况:①该溶液可能显酸性,c平(H+)=0.1 mol·L-1;②该溶液可能显碱性,c平(OH-)=0.1 mol·L-1。故溶液呈酸性或碱性都有可能。
【核心归纳】
影响水的电离平衡的因素
影响因素 水的电离平衡移动(H2OH++OH-) 影响结果
方向 原因 Kw c平(H+)变化 c平(OH-)变化 c平(H+)与c平(OH-)的关系
外加酸碱 加酸 左移 增大c平(H+) 不变 增大 减小 c平(H+)>c平(OH-)
加碱 左移 增大c平(OH-) 不变 减小 增大 c平(H+)外加活泼金属, 如K、Na、Ca 右移 金属消耗水电离出的H+ 不变 减小 增大 c平(H+)【典型例题】
【例1】能影响水的电离平衡,并使溶液中的c平(H+)>c平(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.向水中通入二氧化碳气体
D.向水中加入食盐晶体
【答案】C
【解析】加入的钠与水反应生成NaOH,使c平(H+) c平(OH-);加食盐晶体不影响水的电离平衡。
【例2】溶液中c平(H+)与c平(OH-)的关系如图所示,下列判断错误的是(　　)。
A.两条曲线上任意点均有c平(H+)×c平(OH-)=Kw(T1)[或Kw(T2)]
B.M区域内任意点均有c平(H+)C.图中T2>T1
D.XZ线上任意点均有c(H+)=10-7 mol·L-1
【答案】D　
【解析】由图像可知,在对应温度下,两曲线上的任意点都是平衡点,则在对应温度下,其水的离子积都相同,A项正确;XZ连线的斜率是1,存在c平(H+)=c平(OH-),在XZ连线的上方,c平(H+)c平(OH-),B项正确;水的电离是吸热过程,升温促进水的电离,c平(H+)、c平(OH-)及Kw都增大,所以T1任务2：电解质在水溶液中的存在形态
【实验探究】
探究四种电解质溶液的导电能力
在四个烧杯中分别盛有等体积、等浓度(0.5 mol·L-1)的盐酸、氨水、CH3COOH溶液、NaCl溶液,按下图装置连接仪器并接通电源,观察灯泡的亮度。
问题生成
1.上述实验现象是什么 结论是什么
【答案】盛有盐酸、NaCl溶液的烧杯灯泡较亮,盛有氨水、CH3COOH溶液的烧杯灯泡较暗;在体积和浓度相同的条件下,盐酸、NaCl溶液的导电能力比氨水、CH3COOH溶液的导电能力强。
2.产生1中现象的原因是什么
【答案】在溶质浓度相同的情况下,溶液中离子浓度不同,灯泡较亮的溶液中的离子浓度大于灯泡较暗的溶液中的离子浓度。
3.强电解质溶液的导电能力一定比弱电解质溶液的导电能力强吗
【答案】不一定。导电能力与电解质溶液的浓度有关,稀的强电解质溶液也可能比浓度较大的弱电解质溶液的导电能力弱。
4.CaCO3难溶于水,其水溶液的导电能力很弱,CaCO3是弱电解质,正确吗
【答案】不正确。虽然CaCO3难溶于水,但其溶于水的部分在水中能完全电离,故CaCO3是强电解质。
【核心归纳】
强电解质和弱电解质的比较
强电解质 弱电解质
概念 在稀的水溶液中能完全电离的电解质 在溶于水时部分电离的电解质
电离程度 几乎完全电离 只有部分电离
电离过程 不可逆过程,无电离平衡 可逆过程,存在电离平衡
溶液中的粒子种类 只有电离出的阴、阳离子,不存在电解质分子 既有电离出的阴、阳离子,又有电解质分子
化合物类别 绝大多数盐:如NaCl、BaSO4等;强酸:如H2SO4、HCl、HClO4等;强碱:如Ba(OH)2、Ca(OH)2等;活泼金属氧化物:如Na2O、MgO等 弱酸:如H2CO3、CH3COOH等; 弱碱:如NH3·H2O、Cu(OH)2等; 水
电离方程式 H2SO42H++S NaHCO3Na++HC HAH++A- BOHB++OH-
【典型例题】
【例3】下列物质的分类组合全部正确的是(　　)。
选项 强电解质 弱电解质 非电解质
A NaCl HF Cl2
B NaHSO4 NaHCO3 CCl4
C Ba(OH)2 HCl Cu
D AgCl H2S C2H5OH
　　【答案】D
【解析】A、C两项中的Cl2和Cu是单质,既不是电解质也不是非电解质,HCl是强电解质;B项中NaHSO4、NaHCO3均为强电解质;D项中AgCl难溶于水,但其溶解部分完全电离,属于强电解质。
【例4】下列电离方程式书写正确的是(　　)。
A.NaHCO3Na++H++C
B.HFH++F-
C.H2SO42H++S
D.CH3COONH4CH3COO-+N
【答案】B
【解析】A、C、D三项分别应为NaHCO3Na++HC,H2SO42H++S,CH3COONH4CH3COO-+N。
特别提醒：(1)强电解质一步完全电离,一步写出,用“”;弱电解质用“”。
(2)多元弱酸分步部分电离,分步写出,用“”。
如:H2SHS-+H+,HS-S2-+H+。
(3)多元弱碱分步部分电离,一步写出,用“”。
如:Fe(OH)3Fe3++3OH-。
(4)强酸酸式盐一步完全电离,用“”。
如:NaHSO4Na++H++S。
(5)弱酸酸式盐分步电离,第一步完全电离出阳离子和弱酸酸根离子,用“”,第二步弱酸酸根离子部分电离,用“”。如:NaHCO3Na++HC,HCC+H+。
(6)规范书写离子符号,要配平,满足原子守恒和电荷守恒。
【随堂检测】
课堂基础
1.常温下,在由水电离出的c平(H+)水=1×10-11 mol·L-1的溶液中,下列离子组一定能大量共存的是(　　)。
A.K+、Ba2+、N、S2-　　 B.K+、Fe2+、I-、S
C.S、Cl-、N、Na+ D.Na+、Ca2+、Cl-、HC
【答案】C
【解析】常温下,由水电离出的c平(H+)水=1×10-11 mol·L-1的溶液的pH=11或3,则可能是酸性或碱性溶液。K+、Ba2+、N、S2-在碱性溶液中彼此间不发生离子反应,能大量共存,但在酸性溶液中S2-会被N(H+)氧化,A项不符合题意;Fe2+在碱性溶液中不能大量存在,易生成Fe(OH)2沉淀,B项不符合题意;S、Cl-、N、Na+在酸性或碱性溶液中均能大量共存,C项符合题意;HC在酸性或碱性溶液中均不能大量存在,D项不符合题意。
2.下列关于电解质强弱及非电解质的组合完全正确的是(　　)。
选项 A B C D
强电解质 NaCl H2SO4 CaCO3 NH3·H2O
弱电解质 HF BaSO4 HClO CH3COOH
非电解质 Cl2 蔗糖 C2H5OH SO2
　　【答案】C
【解析】A项中Cl2是单质,既不是电解质也不是非电解质。B项中BaSO4虽难溶于水,但溶解的部分完全电离,是强电解质。D项中NH3·H2O部分电离,是弱电解质。
3.现有浓度均为0.1 mol·L-1的醋酸与NaOH溶液,下列有关说法中错误的是(　　)。
A.两溶液中水的电离程度都小于纯水
B.前者的导电能力弱于后者
C.醋酸溶液中既有离子也有分子,而NaOH溶液中只有离子
D.向0.1 mol·L-1的醋酸中加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液后,溶液的导电能力增强
【答案】C
【解析】酸、碱均抑制水的电离,A项正确;醋酸是弱酸,NaOH是强碱,等浓度时,后者溶液的导电能力强,B项正确;NaOH溶液中既有离子,也有水分子,C项错误;向醋酸中加入NaOH溶液后,溶液中生成醋酸钠,完全电离,溶液的导电能力增强,D项正确。
4.向0.1 mol·L-1的H2SO4溶液中滴入0.1 mol·L-1过量的Ba(OH)2溶液,溶液的导电能力发生变化,其电流强度(I)随加入Ba(OH)2溶液的体积(V)的变化曲线正确的是(　　)。
【答案】A
【解析】溶液的导电能力与离子浓度成正比。硫酸是强电解质,在水溶液中完全电离,向硫酸溶液中滴加Ba(OH)2溶液至过量,发生反应H2SO4+Ba(OH)2BaSO4↓+2H2O,BaSO4是难溶物,水是弱电解质,所以开始时溶液中离子浓度逐渐减小,当Ba(OH)2过量时,Ba(OH)2是强电解质,在水溶液中完全电离,则溶液中离子浓度又逐渐增强,即溶液的导电能力将增强,则整个过程中溶液导电能力是先减弱后增强,A项正确。
对接高考
5.(2020·浙江7月选考,3)下列物质在熔融状态下不导电的是(　　)。
A.NaOH　　　B.CaCl2　　　C.HCl　　　D.K2SO4
【答案】C
【解析】NaOH属于离子化合物,其在熔融状态下能电离成自由移动的Na+和OH-,故其在熔融状态下能导电,A项不符合题意;CaCl2属于离子化合物,其在熔融状态下能电离成自由移动的Ca2+和Cl-,故其在熔融状态下能导电,B项不符合题意;HCl是共价化合物,其在熔融状态下不能电离成离子,故其在熔融状态下不导电,C项符合题意;K2SO4属于离子化合物,其在熔融状态下能电离成自由移动的K+和S,故其在熔融状态下能导电,D项不符合题意。
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