3.2 第1课时 水的电离　溶液的酸碱性与pH 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

3.2 第1课时 水的电离　溶液的酸碱性与pH
【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式。
【自主预习】
一、水的电离
1.水的电离
水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离,其电离过程示意图如下:
(1)水是一种极弱的电解质。
(2)水的电离方程式为H2O+H2OH3O++OH-,简写为　 。
(3)水的电离是　　　　过程。
2.水的离子积
二、溶液的酸碱性与pH
1.溶液酸碱性的判断标准
c(H+)与　　　　的相对大小。
2.溶液酸碱性与溶液中c(H+)和c(OH-)的关系
c(H+)和c(OH-)的关系 溶液酸碱性 酸碱性的强弱
c(H+)　　c(OH-) 溶液呈中性 -
c(H+)　　c(OH-) 溶液呈酸性 c(H+)越大,酸性越　
c(H+)　　c(OH-) 溶液呈碱性 c(OH-)越大,碱性越　
3.溶液酸碱性的表示方法
(1)物质的量浓度:当溶液中c(H+)或c(OH-)　　　　时,直接用c(H+)或c(OH-)表示。
(2)pH:当溶液中c(H+)或c(OH-)　　　　时,使用pH表示。
4.溶液的pH与c(H+)及酸碱性的关系
计算公式 pH=　　　
意义 pH越大,溶液的碱性越　　　　; pH越小,溶液的酸性越　　　
溶液酸碱性与c(H+)、pH的关系(常温下) 酸性溶液:c(H+)　　　c(OH-),c(H+)　　　1×10-7 mol·L-1,pH<7; 中性溶液:c(H+)　　　c(OH-),c(H+)　　　1×10-7 mol·L-1,pH=7; 碱性溶液:c(H+)　　　　c(OH-),c(H+)　　　　1×10-7 mol·L-1,pH>7
适用范围 1×10-14 mol·L-1三、溶液酸碱性的测定
1.利用pH试纸测定。使用pH试纸的正确操作为取一小块pH试纸于干燥洁净的　　　　　　　上,用干燥洁净的　　　　蘸取试液点在试纸上,当试纸颜色变化稳定后迅速与　　　　对照,读出pH。
(1)广泛pH试纸:其pH范围是　　　　 (最常用),可以识别的pH差约为1。
(2)精密pH试纸:可判别0.2或0.3的pH差值。
(3)专用pH试纸:用于酸性、中性或碱性溶液的专用pH试纸。
2.用pH计测量。
pH计也叫酸度计,该仪器可精密测量溶液的pH。其量程为　　　　。
【参考答案】一、1.(2)H2OH++OH-　(3)吸热
2.c(H+)·c(OH-)　增大　1×10-14　纯水　电解质溶液
二、1.c(OH-)　2.=　>　强　<　强
3.(1)>1 mol·L-1　(2)≤1 mol·L-1
4.-lgc(H+)　强　强　>　>　=　=　<　<
三、1.玻璃片或表面皿　玻璃棒　标准比色卡
(1)1~14 　2.0~14
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)任何水溶液的Kw=1.0×10-14。 (　　)
(2)25 ℃,1 mL pH=5的CH3COOH溶液稀释到1000 mL,所得溶液的pH接近7。 (　　)
(3)25 ℃时,水电离出的c(H+)<1.0×10-7mol·L-1的溶液,其pH>7。 (　　)
(4)加水稀释H2A溶液,水电离出的c(OH-) ·c(H+)保持不变。 (　　)
(5)取pH=a的H2S溶液10 mL,加蒸馏水稀释至100 mL,则该溶液pH(6)25 ℃时,pH=3的HCl与pH=11的MOH溶液混合,测得pH>7,则MOH为弱碱。 (　　)
(7)常温下,将pH=1的稀盐酸与pH=13的BOH溶液等体积混合,所得溶液pH一定为7。 (　　)
(8)pH=2的SO2水溶液中加入少量0.01 mol·L-1的稀硝酸,溶液pH变小。 (　　)
【答案】(1) ×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
(7)×　 (8)√
2.在纯水中存在Kw,其他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.某溶液中c(H+)为1×10-7 mol·L-1,此溶液一定呈中性吗
【答案】判断溶液酸碱性的标准是c(H+)与c(OH-)的相对大小,而不是与1×10-7 mol·L-1相比较,若c(H+)与c(OH-)不相等,则c(H+)为1×10-7mol·L-1时溶液也不呈中性,如100 ℃时中性溶液中c(H+)=×10-7 mol·L-1。
4.pH试纸使用前能否用蒸馏水润湿 若用湿润的pH试纸测量溶液的pH对结果有何影响
【答案】pH试纸不能用蒸馏水润湿,湿润后相当于稀释了溶液。若是酸性溶液,则湿润后测得的pH偏大;若为碱性溶液,则湿润后测得的pH偏小;若为中性溶液,则无影响。
【合作探究】
任务1：水的电离和Kw
情境导入　随着科技不断发展,我们在街头会看到有些商贩卖不会触电的插座,他们将整个插座放到水中,该插座仍可以继续使用,这究竟是不是真的
问题生成
1.试写出水的电离方程式。
【答案】水的电离方程式:H2OH++OH-。
2.什么是水的离子积常数(Kw)
【答案】当水的电离达到平衡时,电离产物H+和OH-浓度之积是一个常数,记作Kw。Kw叫作水的离子积常数,简称水的离子积,表达式为Kw=c(H+)·c(OH-)。
3.将水加热,Kw、c(H+)、c(OH-)如何变化
【答案】将水加热,水的电离平衡右移,c(H+)、c(OH-)同等倍数增大,Kw也增大。
4.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】是。
5.25 ℃,当水电离出的c(H+)=1×10-13 mol·L-1时,溶液的酸碱性如何
【答案】当水电离出的c(H+)=1×10-13 mol·L-1时,水的电离平衡受到抑制,有两种情况:①该溶液可能呈酸性,c(H+)=0.1 mol·L-1;②该溶液可能呈碱性,c(OH-)=0.1 mol·L-1。故溶液可能呈酸性,也可能呈碱性。
【核心归纳】
1.影响水电离平衡的因素
影响因素 水的电离平衡移动:H2OH++OH- 影响结果
方向 原因 Kw c(H+)变化 c(OH-)变化 c(H+)与c(OH-)的关系
外加 酸碱 加酸 左移 c(H+)增大 不变 增大 减小 c(H+)> c(OH-)
加碱 左移 c(OH-)增大 不变 减小 增大 c(H+)< c(OH-)
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(H+)2.水的离子积常数
(1)影响因素
Kw随温度的变化而变化,温度升高,Kw增大;温度降低,Kw减小。
(2)适用范围
Kw不仅适用于纯水,还适用于酸、碱、盐的稀溶液,任何溶液中的氢离子浓度和氢氧根离子浓度不一定相等,但水电离的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等。只要溶液温度不变,水溶液中水的离子积常数就不变。
(3)表达式的应用
Kw表达式中,c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中相应离子总物质的量浓度。但是一般情况下有:
酸溶液中Kw=c酸(H+)·c水(OH-)(忽略水电离出的H+浓度)。
碱溶液中Kw=c水(H+)·c碱(OH-)(忽略水电离出的OH-浓度)。
【典型例题】
【例1】关于水的说法,下列错误的是(　　)。
A.水的电离方程式为2H2OH3O++OH-
B.纯水的pH可能为6
C.25 ℃时水中通入少量HCl,恢复至25 ℃,Kw减小
D.水的电离过程的ΔH>0
【答案】C
【解析】A项,水是弱电解质,电离方程式为2H2OH3O++OH-,正确;B项,水的电离是吸热过程,温度升高,水的离子积增大,纯水的pH可能为6,正确;C项,Kw只受温度影响,温度不变,Kw不变,错误;D项,水的电离过程吸热,ΔH>0,正确。
【例2】不同温度下,水的离子积常数如下所示。
T/℃ 0 10 20 25 40 50 90 100
Kw/10-14 0.1 0.3 0.7 1.0 2.9 5.3 37.1 54.5
下列说法不正确的是(　　)。
A.水的电离为吸热过程
B.25 ℃,纯水中c(H+)=c(OH-)=10-7 mol·L-1
C.90 ℃,0.1 mol·L-1 NaCl溶液的pH<7,呈中性
D.pH=5的稀盐酸溶液中c(OH-)一定为10-9mol·L-1
【答案】D
【解析】A项,根据温度与水的离子积常数Kw的关系可知,升高温度,促进水的电离,水的电离程度增大,说明水的电离为吸热过程,正确;B项,25 ℃,Kw=10-14,此时纯水中c(H+)=c(OH-)=10-7 mol·L-1,正确;C项,90 ℃,升高温度,水的离子积常数增大,溶液中c(H+)增大,0.1 mol·L-1 NaCl溶液的pH<7,但溶液中c(H+)=c(OH-),因此溶液呈中性,正确;D项,pH=5的稀盐酸溶液中,c(H+)=10-5 mol·L-1,若T=25 ℃,溶液中c(OH-)=10-9 mol·L-1,若T≠25 ℃,则溶液中c(OH-)可能大于10-9 mol·L-1,也可能小于10-9 mol·L-1,错误。
特别提醒：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,但任何溶液中由水电离产生的c(H+)、c(OH-)总是相等的。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,但纯水仍呈中性。
任务2：溶液的酸碱性与pH
情境导入　水盆花卉,上面花香满室,下面鱼儿畅游,人们不仅可以欣赏以往花的地面部分的正常生长,还可以通过瓶体看到植物世界独具观赏价值的根系生长过程。水中根系错综复杂,鱼儿悠闲畅游,其景美不胜收……各种花卉的生长都需要酸碱性适宜的环境,营养液的酸碱度直接影响营养液中养分存在的状态、转化和有效性。pH大于或小于适宜的界限,花卉便不能吸收所需养分,造成营养缺乏,生长不良,甚至死亡。所以营养液中酸碱度(pH)的调整是非常重要的。你会测定营养液的pH吗
问题生成
1.溶液的酸碱性取决于什么
【答案】溶液的酸碱性是由溶液中c(H+)与c(OH-)的相对大小决定的。具体如下表(25 ℃):
溶液的酸碱性 c(H+)与c(OH-)比较 c(H+)大小
酸性溶液 c(H+)>c(OH-) c(H+)>1×10-7 mol·L-1
中性溶液 c(H+)=c(OH-) c(H+)=1×10-7 mol·L-1
碱性溶液 c(H+)2.25 ℃时,pH与溶液酸碱性的关系如何
【答案】pH大小能反映出溶液中c(H+)的大小,即能表示溶液的酸碱性强弱。
3.测定营养液酸碱性的方法有哪些
【答案】(1)酸碱指示剂法(只能测定溶液的pH范围)。常见酸碱指示剂的变色范围:
指示剂 变色范围(颜色与pH的关系)
石蕊 红色←5.0紫色8.0→蓝色
酚酞 无色←8.2粉红色10.0→红色
甲基橙 红色←3.1橙色4.4→黄色
　　(2)利用pH试纸测定,正确操作为取一小片pH试纸,放在洁净、干燥的表面皿或玻璃片上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取试液点在试纸上,当试纸颜色变化稳定后迅速与标准比色卡对照,读出pH。
(3)利用pH计测定,pH计可精确测定试液的pH(读至小数点后2位)。
4.能否用pH试纸测氯水的pH 为什么
【答案】不能。因为氯水中含有的HClO具有漂白性,可将pH试纸漂白,应用酸度计测定。
【核心归纳】
1.溶液pH的计算方法
(1)单一溶液
溶液类型 相关计算
强酸(HnA) 设HnA的浓度为c mol·L-1,则c(H+)=nc mol·L-1,pH=-lg c(H+)=-lg nc
强碱[B(OH)n] 溶液 设B(OH)n的浓度为c mol·L-1,则c(OH-)=nc mol·L-1,c(H+)== mol·L-1,pH=-lg c(H+)=14+lg nc
(2)混合溶液
溶液类型 相关计算(混合后溶液体积变化忽略不计)
两种强 酸混合 c(H+)= pH
两种强 碱混合 c(OH-) = c(H+) pH
强酸强碱混合 恰好完全反应 pH=7(25 ℃) c(H+)=c(OH-)
酸过量 c(H+)= pH
碱过量 c(OH-)= c(H+)= pH
2.稀释后溶液pH的变化规律(常温下)
(1)对于强酸溶液(pH=a),每稀释10n倍,pH增大n个单位,即pH=a+n(a+n<7)。
(2)对于强碱溶液(pH=b),每稀释10n倍,pH减小n个单位,即pH=b-n(b-n>7)。
(3)对于弱酸溶液(pH=a),每稀释10n倍,pH的范围是a(4)对于弱碱溶液(pH=b),每稀释10n倍,pH的范围是b-n(5)酸、碱无限稀释,pH无限接近于7,但酸不能大于7,碱不能小于7。
用图像表示如下:
【典型例题】
【例3】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.由等物质的量的强酸、强碱反应得到的溶液
D.非电解质溶于水得到的溶液
【答案】B
【解析】溶液呈中性的标志是c(H+)=c(OH-)。溶液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<7。等物质的量的强酸与强碱,由于它们所含的H+和OH-的物质的量未知,因此无法判断它们混合后溶液的酸碱性。若n(H+)>n(OH-),则H+过量,溶液呈酸性;若n(OH-)>n(H+),则OH-过量,溶液呈碱性;只有当n(H+)=n(OH-)时,H+与OH-恰好完全反应,溶液才呈中性。非电解质只是它本身不能直接电离产生离子,当它溶于水时可能与水反应生成能电离的物质,使溶液呈酸性或碱性,如SO2溶于水生成H2SO3,溶液呈酸性,NH3溶于水生成NH3·H2O,溶液呈碱性。
【例4】室温时,下列混合溶液的pH一定小于7的是(　　)。
A.pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合
B.pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
C.pH=3的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
D.pH=3的硫酸溶液和pH=11的氨水等体积混合
【答案】C
【解析】A项,氨水过量,pH>7;B项,pH=7;C项,CH3COOH过量,pH<7;D项,氨水过量,pH>7。
【随堂检测】
课堂基础
1.25 ℃时,水的电离达到平衡:H2OH++OH-,下列叙述正确的是(　　)。
A.将纯水加热到95 ℃时,Kw变大,pH不变,水仍呈中性
B.向纯水中加入稀氨水,平衡逆向移动,c(OH-)增大,Kw变小
C.向纯水中加入少量NaOH固体,c(OH-)增大,Kw不变,影响水的电离平衡
D.向纯水中加入盐酸,可抑制水的电离;加入醋酸,可促进水的电离
【答案】C
【解析】A项,升高温度,水的电离平衡正向移动,氢离子浓度增大,pH变小,但c(H+)=c(OH-),水仍呈中性,错误;B项,向纯水中加入稀氨水,温度不变,Kw不变,错误;C项,向纯水中加入少量NaOH固体,c(OH-)增大,抑制水的电离,温度不变,Kw不变,正确;D项,无论是强酸还是弱酸均会抑制水的电离,错误。
2.用pH试纸测定溶液的pH,下列叙述正确的是(　　)。
A.测得某浓度的NaClO溶液的pH为10
B.常温下测得NH4Cl溶液的pH约为4.1
C.用湿润的pH试纸测pH相同的盐酸和醋酸溶液的pH,误差较大的是盐酸
D.在试管内加入少量溶液并煮沸,把pH试纸放在管口观察其颜色并与标准比色卡比较
【答案】C
【解析】NaClO溶液具有漂白性,会将pH试纸漂白,故不能用pH试纸测定其pH,A项错误;广泛pH试纸测定的溶液的pH数值为整数,B项错误;稀释时,醋酸还会继续电离出氢离子,故稀释pH相同的盐酸和醋酸溶液时,醋酸的氢离子浓度变化小,pH变化小,故用湿润的pH试纸测pH相同的盐酸和醋酸溶液的pH,误差较大的是盐酸,C项正确;在试管内加入少量溶液并煮沸,把pH试纸放在管口,无法测定溶液的pH,D项错误。
3.在25 ℃的条件下,将体积都为10 mL、pH都等于3的醋酸溶液和盐酸,分别加水稀释到a mL和b mL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释时加入水的体积为(　　)。
A.a=b=1000 mL　　　　B.a=b>1000 mL
C.ab
【答案】D
【解析】在溶液中,盐酸电离是不可逆的,而CH3COOH的电离是可逆的,存在电离平衡,在加水稀释的过程中,CH3COOH溶液电离程度增大,c(H+)减小得少。若a=b,稀释后盐酸pH=5,则CH3COOH溶液pH<5,若使CH3COOH溶液pH=5,就必须继续加水稀释,即a>b。
对接高考
4.(2021年浙江6月选考,19改编)某同学拟用pH计测定溶液pH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0.01 mol·L-1 HR溶液pH=2,则HR是弱酸
B.25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH>2且pH<7,则HR是弱酸
C.25 ℃时,若测得HR溶液pH=a,取该溶液10.0 mL,加蒸馏水稀释至100.0 mL,测得pH=b,b-a<1,则HR是弱酸
D.25 ℃时,若测得HR溶液pH=a,取该溶液10.0 mL,升温至50 ℃,测得pH=b,若HR是弱酸,则a【答案】B
【解析】25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH=2,则HR为强酸,A项错误; 25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH>2且pH<7,可知溶液中c(H+)<0.01 mol·L-1,所以HR未完全电离,HR为弱酸,B项正确;假设HR为强酸,取pH=6的该溶液10.0 mL,加蒸馏水稀释至100.0 mL测得此时溶液pH<7,C项错误;若HR为弱酸,升温至50 ℃,促进弱酸的电离,c(H+)增大,pH减小,则a>b,D项错误。
5.(2022·浙江1月选考,17改编)已知25 ℃时二元酸H2A的Ka1=1.3×10-7,Ka2=7.1×10-15。下列说法正确的是(　　)。
A.H2A的电离方程式H2AH++HA-
B.向0.1 mol·L-1的H2A溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化)至pH=3,则H2A的电离度为0.013%
C.向H2A溶液中加入NaOH溶液至pH=11,则c(A2-)>c(HA-)
D.取pH=a的H2A溶液10 mL,加蒸馏水稀释至100 mL,则该溶液pH=a+1
【答案】B
【解析】A项,H2A为二元弱酸,第一步电离方程式为H2AH++HA-,错误;B项,向0.1 mol·L-1的H2A溶液中通入HCl气体(忽略溶液体积的变化)至pH=3,=1.3×10-7,则H2A的电离度×100%=1.3×10-4×100%=0.013%,正确;C项,向H2A溶液中加入NaOH溶液至pH=11,=7.1×10-15,则c(A2-)2