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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
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，适用于任何水溶液。
3．知道水的离子积常数表达式及其应用。
1．能从微观角度分析水的电离，培养宏观辨识与微观探析的能力。
2．能从电离的角度理解外界条件对水的电离平衡的影响，培养变化观念与平衡思想。
1．(1)水是一种极弱的_________。
(2)水的电离方程式为__________________________，简写为_____________________________。
(3)水的电离是_____热过程。
2．水的离子积
(1)概念：一定温度下，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_________，叫做水的离子积常数，又称_____________。
一、水的电离
电解质
H2O
吸
Kw
水的离子积
(2)
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 c(H＋) c(OH－) 水的电
离程度 Kw
升高温度 _______ _______ _______ _______ _______
加入HCl(g) _______ _______ _______ _______ _______
右移
增大
增大
增大
增大
左移
增大
减小
减小
不变
改变条件 平衡移
动方向 c(H＋) c(OH－) 水的电
离程度 Kw
加入NaOH(s) _______ _______ _______ _______ _______
加入
NaHSO4(s) _______ _______ _______ _______ _______
左移
减小
增大
减小
不变
左移
增大
减小
减小
不变
正｜误｜判｜断
(1)升高温度，水的电离程度减小。( )
(2)向水中加入少量氨水，水的电离平衡逆向移动，c(OH－)降低。( )
(3)常温下，加水稀释稀醋酸溶液，溶液中所有的离子浓度都减小。( )
(4)溶液中c(H＋)、c(OH－)可能不同，但水电离出的H＋与OH－的总量一定相等。( )
×
×
×
√
深｜度｜思｜考
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。
应｜用｜体｜验
A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，OH－浓度减小
B．向水中加入少量氢氧化钠固体，OH－浓度增大，Kw不变
C．向水中加入少量冰醋酸，平衡逆向移动，H＋浓度减小
D．将水加热，Kw增大，H＋浓度不变
解析：向水中加入稀氨水，溶液的碱性增强，OH－浓度增大，水的电离受到抑制，平衡逆向移动；向水中加入少量冰醋酸，溶液的酸性增强，H＋浓度增大，水的电离受到抑制，平衡逆向移动；将水加热，Kw增大，H＋浓度增大。
B
2．下列关于水的离子积常数的叙述正确的是( )
A．因为水的离子积常数的表达式是Kw＝c(H＋)·c(OH－)，所以Kw随溶液中c(H＋)和c(OH－)的变化而变化
B．水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K电离是同一个物理量
C．水的离子积常数是温度的函数，随着温度的变化而变化
D．水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K电离是两个没有任何关系的物理量
C
1．计算酸(或碱)溶液中水电离的c水(H＋)或c水(OH－)
(1)25 ℃时，0.1 mol·L－1的稀盐酸中，水电离的c水(H＋)与c水(OH－)各为多少？
二、Kw的应用
(2)25 ℃时，0.01 mol·L－1的NaOH溶液中，水电离的c水(H＋)、c水(OH－)各为多少？
归纳总结：
酸或碱溶液中水电离H＋、OH－的计算方法
(1)在酸或碱溶液中水的电离虽然受到抑制，但c水(H＋)＝c水(OH－)。
(忽略水电离出的H＋的浓度)，酸电离的H＋浓度，认为是溶液中总c(H＋)。
2．水的电离平衡曲线的理解与识别
某温度下，水溶液中H＋和OH－的浓度变化曲线如图：
请回答下列问题
(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_______。
(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_______。
相同
相同
相同
不同
不同
酸碱性
温度
正｜误｜判｜断
(1)水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)中H＋和OH－均是水电离出来的。( )
(2)酸溶液中，OH－全部来自水的电离。( )
×
√
√
深｜度｜思｜考
在不同温度下的水溶液中c(H＋)与c(OH－)的关系如图所示。请回答下列问题：
(1)曲线Ⅰ代表的温度下，水的离子积为___________，曲线Ⅰ所代表的温度_______(填“高于”“低于”或“等于”)曲线Ⅱ所代表的温度。你判断的依据是__________________________________________ __________________________________________________________________________________。
(2)曲线Ⅰ所代表的温度下，0.01 mol·L－1的NaOH溶液的c(H＋)为_______ mol·L－1。
1×10－12
高于
曲线Ⅱ所代表的水的离子积比曲线Ⅰ的小，由于水的电离过程是吸热过程，温度越高，离子积越大，故曲线Ⅱ代表的温度低
10－10
应｜用｜体｜验
A．常温下，水电离出的c(H＋)＝c(OH－)＝10－7 mol·L－1
B．向水中加入NaCl，H＋与Cl－结合生成HCl，使水的电离平衡向正反应方向移动
C．向水中加入HCl或者NaOH，水的电离平衡都向逆反应方向移动
D．改变温度，Kw也会发生改变
B
2．一定温度下，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，加入稀盐酸可能引起由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
C
解析：升高温度促进水的电离，c(H＋)和c(OH－)都增大，A错误；该温度下Kw＝c(OH－)·c(H＋)＝1×10－14，B错误；加入HCl，溶液中 c(H＋)增大，c(OH－)减小，C正确；稀释时，若c(OH－)减小，则c(H＋)应变大，不可能由c向d变化，D错误。
随堂演练·知识落实
1．下列有关水电离情况的说法正确的是( )
A．25 ℃时，pH＝12的烧碱溶液与纯碱溶液，水的电离程度相同
B．其他条件不变，稀释醋酸钠溶液，水的电离程度增大
C．其他条件不变，稀释氢氧化钠溶液，水的电离程度减小
D．其他条件不变，温度升高，水的电离程度增大，Kw增大
解析：NaOH抑制H2O的电离，Na2CO3促进H2O的电离；其他条件不变，稀释醋酸钠溶液，溶液中c(OH－)减小，所以水的电离程度减小；其他条件不变，NaOH溶液的浓度越大，水的电离程度越小，所以其他条件不变，稀释氢氧化钠溶液，水的电离程度增大；水的电离是吸热过程，升高温度促进水的电离，溶液中氢离子、氢氧根离子浓度均增大，则水的离子积常数增大，故D项正确。
D
2．已知常温下0.01 mol·L－1的CH3COOH溶液中，c(H＋)＝4.32× 10－4 mol·L－1，则该CH3COOH溶液中水的离子积常数( )
A．小于1×10－14 B．大于1×10－14
C．等于1×10－14 D．无法确定
解析：水的离子积常数仅与温度有关，只要温度不变，水的离子积常数就不变。在常温下，Kw＝1×10－14，而与电解质溶液及其电离程度无关。
C
3．如图表示水中c(H＋)和c(OH－)的关系，下列判断错误的是( )
A．两条曲线间任意点均有c(H＋)·c(OH－)＝Kw
B．M区域内(不包括边界)任意点均有c(H＋)C．图中T1D．XZ线上任意点的c(H＋)都相等
D
解析：只要在水溶液中，都会有c(H＋)·c(OH－)＝Kw，故A项正确；XZ线的斜率是1，XZ线上的点均存在c(H＋)＝c(OH－)，在X、Z连线的上方M区域(不包括边界)，c(H＋)X点，所以T14．下列操作能使水的电离平衡发生移动，且c(H＋)>c(OH－)的是( )
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CO2气体
D．向水中加食盐晶体
C第三章 第二节 第一课时
一、选择题
1．下列关于水的说法正确的是( C )
A．水的离子积仅适用于纯水
B．水的电离需要通电
C．升高温度一定使水的离子积增大
D．加入电解质一定会破坏水的电离平衡
2．25 ℃时，纯水的Kw＝1×10－14,100 ℃时，纯水的Kw＝1×10－12，这说明( C )
A．100 ℃时水的电离常数较小
B．前者c(H＋)比后者大
C．水的电离过程是一个吸热过程
D．Kw和温度无直接关系
3．下列说法正确的是( B )
A．水的电离方程式为H2O===H＋＋OH－
B．升高温度，水的电离程度增大
C．NaOH溶液中不存在H＋
D．HCl溶液中不存在OH－
解析：水是弱电解质，部分电离，电离方程式为H2O??H＋＋OH－，故A错误；水的电离属于吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，水的电离程度变大，故B正确；任何水溶液中均存在水的电离，因此NaOH溶液中也存在H＋，故C错误；任何水溶液中均存在水的电离，因此HCl溶液中也存在OH－，故D错误。故选B。
4．与纯水的电离相似，液氨中也存在着微弱的电离：2NH3??NH＋NH，c(NH)的平衡浓度为1×10－15 mol·L－1，下列说法正确的是( B )
A．在此温度下液氨的离子积为1×10－17(mol·L－1)2
B．在液氨中放入金属钠，可生成NaNH2
C．恒温下，在液氨中加入NH4Cl，可使液氨的离子积减小
D．降温可使液氨的电离平衡逆向移动，且c(NH)解析：由电离方程式知，NH与NH的平衡浓度相等，都为1×10－15 mol·L－1，根据水的离子积可知，液氨的离子积K＝c(NH)·c(NH)＝1×10－30(mol·L－1)2，故A错误；由钠与水反应可推知，钠与液氨的反应为2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑，故B正确；虽然加入NH4Cl可使液氨的电离平衡逆向移动，但由水的离子积可知，液氨的离子积大小只与温度有关，与离子浓度无关，液氨的离子积不变，故C错误；因为电离过程是吸热过程，所以降温使2NH3??NH＋NH平衡逆向移动，c(NH)、c(NH)均减小，但c(NH)＝c(NH)，故D错误。故选B。
5．25 ℃时，相同物质的量浓度的下列溶液：①NaCl、②NaOH、③H2SO4，其中水的电离程度按由大到小顺序排列的一组是( C )
A．③>②>① B．②>③>①
C．①>②>③ D．③>①>②
解析：分析三种物质可知②③抑制水的电离，①不影响水的电离平衡，H2SO4为二元强酸，产生的c(H＋)大于NaOH产生的c(OH－)，抑制程度更大，故顺序为①>②>③。
6．一定温度下，用水稀释0.1 mol·L－1的一元弱酸HA溶液，随着稀释的进行，下列一定增大的是( D )
A．Kw B．
C. D．c(OH－)
解析：温度不变，Kw不变，A项不符合题意；根据Ka＝，推出＝减小，B、C项不符合题意；加水稀释时HA的电离程度增大，但是c(H＋)减小，由Kw不变可知c(OH－)增大，D项符合题意。
7．(2024·云南曲靖检测)25 ℃时，纯水中存在电离平衡：H2O??H＋＋OH－ ΔH>0，下列叙述正确的是( B )
A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c(OH－)降低
B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H＋)增大，Kw不变
C．向水中加入少量盐酸，平衡逆向移动，c(OH－)增大
D．向水中加入NH4NO3固体，温度降低，Kw增大
解析：A项，加入稀氨水，c(OH－)增大；C项，c(H＋)增大、c(OH－)减小；D项，NH4NO3固体溶于水吸收热量，温度降低，Kw减小。
8．常温下，在0.01 mol·L－1 H2SO4溶液中，由水电离出的氢离子浓度是( A )
A．5×10－13 mol·L－1
B．0.02 mol·L－1
C．1×10－7 mol·L－1
D．1×10－12 mol·L－1
解析：H2SO4电离出的c(H＋)＝0.02 mol·L－1，由Kw＝1.0×10－14可知c(OH－)＝5×10－13 mol·L－1，OH－是由水电离产生的，则水电离产生的c(H＋)＝c(OH－)＝5×10－13 mol·L－1。
9．25 ℃时，在等体积的①0.5 mol·L－1的H2SO4溶液；②0.05 mol·L－1的Ba(OH)2溶液；③1 mol·L－1的NaCl溶液；④纯水中由水电离出的H＋的物质的量之比是( A )
A．1?10?107?107
B．107?107?1?1
C．107?106?2?2
D．107?106?(2×107) ?2
解析：25 ℃时，0.5 mol·L－1的H2SO4溶液中c(H＋)＝1 mol·L－1，由水电离出的c水(H＋)＝10－14 mol·L－1；0.05 mol·L－1的Ba(OH)2溶液中c(OH－)＝0.1 mol·L－1，由水电离出的c水(H＋)＝10－13 mol·L－1；NaCl溶液和纯水中由水电离出的c水(H＋)均为10－7 mol·L－1。则等体积的上述四种溶液中由水电离出的n(H＋)(即发生电离的水的物质的量)之比为10－14?10－13?10－7?10－7＝1?10?107?107。
10．某温度下，水溶液中的c(H＋)＝10x mol·L－1，c(OH－)＝10y mol·L－1。x与y的关系如图所示。该温度下0.01 mol·L－1 NaOH溶液的c(H＋)为( D )
A．10－10 B．10－11
C．10－12 D．10－13
11．在100 ℃时，100 mL蒸馏水中c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1，当改变下列条件之一时，c(OH－)仍然等于1×10－6 mol·L－1的是( B )
①温度降低到25 ℃
②加入10－6 mol烧碱固体，保持100 ℃
③加入10－6 mol氯化钠，保持100 ℃
④蒸发掉50 mL水，保持100 ℃
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
12．室温下，若溶液中由水电离产生的c(OH－)＝1×10－14 mol·L－1，满足此条件的溶液中一定可以大量共存的离子组是( B )
A．Al3＋、Na＋，NO、Cl－
B．K＋、Na＋、Cl－、NO
C．K＋、Na＋、Cl－、AlO
D．K＋、NH、SO、NO
解析：溶液中由水电离产生的c(OH－)＝1×10－14 mol·L－1，溶液可能呈酸性或碱性。A项，Al3＋与OH－不能大量共存；C项，AlO与H＋不能大量共存；D项，NH与OH－不能大量共存。
二、非选择题
13．在水的电离平衡中，c(H＋)和c(OH－)的关系如图所示：
(1)A点水的离子积常数为1×10－14，B点水的离子积常数_1×10－13__。造成水的离子积常数变化的原因是_水的电离是吸热过程，温度升高，水的电离程度增大，则离子积常数增大__。
(2)T ℃时，若向水中滴加盐酸，_不能__(填“能”或“不能”)使体系处于B点状态，原因是_滴加盐酸后，c(H＋)增大，水的电离平衡左移，c(OH－)减小，体系中c(H＋)≠c(OH－)__。
(3)T ℃时，若盐酸中c(H＋)＝5×10－4 mol·L－1，则由水电离产生的c水(H＋)＝_2×10－10_mol·L－1__。
14．(1)某温度时，水的Kw＝1×10－12，则该温度_>__(填“>”“<”或“＝”)25 ℃，其理由是_升温促进水的电离，Kw增大__。
(2)该温度下，c(H＋)＝1×10－7 mol·L－1的溶液中的溶质只有NaOH，则由H2O电离出来的c(OH－)＝_1×10－7__mol·L－1。
(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡_向右__(填“向左”“向右”或“不”，下同)移动。在新制氯水中加入少量NaCl固体，水的电离平衡_向右__移动。
(4)25 ℃时，下列0.1 mol·L－1的6种溶液，水电离出的c(H＋)由大到小的关系是_③＝④>①＝⑤>②＝⑥__(填序号)。
①盐酸 ②H2SO4 ③CH3COOH(Ka＝1.8×10－5)
④NH3·H2O(Kb＝1.8×10－5) ⑤NaOH
⑥Ba(OH)2
解析：(2)NaOH溶液中由水电离出来的c(OH－)等于溶液中的c(H＋)，即为1×10－7 mol·L－1。
(3)Zn与稀硫酸反应过程中，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。新制氯水中加入少量NaCl固体，平衡Cl2＋H2O??H＋＋Cl－＋HClO向左移动，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。
(4)25 ℃时，0.1 mol·L－1盐酸中c(H＋)与0.1 mol·L－1NaOH溶液中c(OH－)相等，故两溶液中水的电离程度相等。同理0.1 mol·L－1H2SO4和0.1 mol·L－1Ba(OH)2溶液中水的电离程度相等，0.1 mol·L－1 CH3COOH和0.1 mol·L－1氨水中水的电离程度几乎相等，酸溶液中c(H＋)越大或碱溶液中c(OH－)越大，水电离出的c(H＋)就越小，故6种溶液中水电离出的c(H＋)由大到小的关系为③＝④>①＝⑤>②＝⑥。
15．硫酸是中学阶段常见的强酸之一。对于常温下0.05 mol·L－1 H2SO4溶液。
(1)若将溶液升高温度到100 ℃，溶液中的c(OH－)＝1×10－11 mol·L－1，则100 ℃时水的离子积是_10－12__。
(2)该溶液中硫酸电离出的c(H＋)与H2O电离出的c(H＋)之比为_1012?1__。
(3)将该溶液放入烧杯中滴入几滴酚酞，插入两个电极与直流电源连接形成闭合回路。
①向烧杯中逐滴加入同浓度的氢氧化钡溶液，灯泡逐渐变暗，后熄灭。该过程中发生反应的离子方程式为 2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O 。
②向熄灭后的烧杯中再逐滴加入氢氧化钡溶液，观察到灯泡逐渐变亮，还观察到溶液_变红色__，此过程中水的电离程度_减小__(填“增大”“减小”或“不确定”)。
(4)将该H2SO4溶液加水稀释，水的电离平衡_向右__(填“向左”“向右”或“不”)移动。
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