专题3 水溶液中的离子反应
第一单元 弱电解质的电离平衡
第3课时 水的电离平衡
一、水的电离平衡
1．水的电离
(1)水是一种极弱的电解质。
(2)水的电离为吸热过程，自身电离示意图如下：
电离方程式：H2O＋ H2O??H3O＋ ＋OH－
简写为：H2O??H＋＋OH－。
2．水的离子积常数：
(1)水的电离平衡常数表达式为K= 。
纯水和稀溶液中c(H2O)视为常数，则c(H＋)·c(OH－)＝K·c(H2O)为新的常数，用Kw表示。
(2)水的离子积常数表达式为KW= c(H+)·c(OH-)。
①常温时，Kw＝1.0×10－14，不仅适用于纯水，还适用于稀的电解质溶液。
②不同溶液中，c(H＋)、c(OH－)可能不同，但任何溶液中由水电离出的c(H＋)与c(OH－)总是相等的。
(3)KW及影响因素：
a．25 ℃时：KW=1×10-14。
b．水的电离是中和反应的可逆过程，故温度升高，KW增大。
c．水的离子积常数只受温度的影响，与c(H+)、c(OH-)的变化无关。
【名师点拨】
1．有关水的离子积常数的计算
(1)常温下，水的离子积常数Kw＝1.0×10－14，则纯水中c(H＋)是1.0×10－7mol·L－1。
若某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－4 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－10mol·L－1。
若某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－13mol·L－1。
(2)不同溶液中，c(H＋)、c(OH－)可能不同，但任何溶液中由水电离出的c(H＋)与c(OH－)总是相等的。
若某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－13mol·L－1，此时水电离出的c(H+)=c(OH-)=1.0×10－13mol·L－1。
若某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－13mol·L－1，此时水电离出的c(H+)=c(OH-)=1.0×10－13mol·L－1。
2．Kw与温度的关系
常温时，Kw＝1.0×10－14，不仅适用于纯水，还适用于酸碱的稀溶液。
温度升高，Kw增大；
若100℃时，水的离子积常数KW=1.0×10-12，则纯水中c(H＋)是1.0×10－6 mol·L－1；某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－2 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－10mol·L－1。某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－11mol·L－1。
二、影响水的电离平衡的因素
1．温度：
水的电离吸热过程，温度升高，会促进水的电离，水的电离程度增大，KW增大。
2．酸碱效应：
(1)外加酸，c(H＋)增大，抑制水的电离，水的电离程度减小，Kw不变。
(2)外加碱，c(OH－)增大，抑制水的电离，水的电离程度减小，Kw不变。
3．化学反应：
加入了活泼金属，可与水电离产生的H＋直接发生置换反应，产生H2，使水的电离平衡向右移动，水的电离程度增大。
4．弱酸根离子或弱碱离子：
(1)加入弱碱离子（如Al3+、Fe2+、NH4+、Cu2+、Ag+等），弱碱离子与水电离出的OH-结合，水的电离平衡向右移动，c(H+)增大，溶液呈酸性。
(2)加入弱酸根离子（如CO32-、HCO3-、CH3COO-等），弱酸根离子与水电离出的H+结合，水的电离平衡向右移动，c(OH-)增大，溶液呈碱性。
【名师点拨】关于水电离出的c(H+)和c(OH-)分析思路
Kw表达式中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(H＋)与水电离出的c(OH－)一定相等。
①升高温度、加入弱碱离子和弱酸离子，促进了水的电离，水的电离程度增大，水电离出的c(H+)和c(OH-)增大。
②加入酸或碱，抑制了水的电离，水的电离程度减小，水电离出的c(H+)和c(OH-)减小。
(4)室温下，由水电离出的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1的溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。
【易错提醒】
(1)水是弱电解质，H2O??H＋＋OH－，因为水的电离是吸热过程，所以升温，水的电离程度增大，溶液导电性增强，电导率示数增大。
(2)促进水的电离平衡的因素有升温、加入能消耗H＋或OH－的物质(如加活泼金属)；
(3)抑制水的电离平衡的因素有降温、加入酸(或强酸的酸式盐)、加入碱。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)升高温度，若Kw增大到10－12，则纯水电离出的c(H＋)＝10－6 mol·L－1(√)
(2)在纯水中加入少量酸，水的电离平衡逆向移动，c(OH－)减小，Kw减小(×)
(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)在蒸馏水中滴加浓H2SO4，Kw不变(×)
错因：浓硫酸滴入水中放热，溶液温度升高，Kw变大。
(5)温度一定时，在纯水中通入少量SO2，水的电离平衡不移动，Kw不变(×)
错因：二氧化硫与水反应生成的亚硫酸抑制水的电离。
(6)室温下，0.1 mol·L－1的HCl溶液与0.1 mol·L－1的NaOH溶液中水的电离程度相等(√)
2．在常温下，改变下列条件，分析条件的改变对水的电离平衡H2OH＋＋OH－的影响，填写下表：
改变条件 电离平衡 移动方向 溶液中 c(H＋) 溶液中 c(OH－) pH 溶液的 酸碱性 Kw
升高温度 正向 增大 增大 <7 中性 增大
加入酸 逆向 增大 减小 <7 酸性 不变
加入碱 逆向 减小 增大 >7 碱性 不变
加入活泼金属(如Na) 正向 减小 增大 >7 碱性 不变
加入CH3COONa(s) 正向 减小 增大 >7 碱性 不变
加入NH4Cl(s) 正向 增大 减小 <7 酸性 不变
3．分析下列过程中H2O的电离程度的变化(25 ℃)。
(1)Zn与稀硫酸反应制H2：__________。
(2)氨水加水稀释时：____________。
(3)向NaOH溶液中滴入盐酸至过量：________________________________________。
(4)向SO2水溶液中通入Cl2至恰好反应：_____________________________________。
答案 (1)增大 (2)增大 (3)先增大后减小 (4)减小
4．现有下列物质①100 ℃纯水；②25 ℃ 0.1 mol·L－1 HCl溶液；③25 ℃ 0.1 mol·L－1 KOH溶液；④25 ℃ 0.1 mol·L－1Ba(OH)2溶液。这些物质与25 ℃纯水相比，能促进水电离的是_____________(填序号)，能抑制水的电离的是______________，水电离的c(OH－)等于溶液中c(OH－)的是_____________，水电离的c(H＋)等于溶液中c(H＋)的是_____________。
答案 ① ②③④ ①② ①③④
解析 水的电离过程吸热，升温，促进水的电离，酸或碱抑制水的电离；强酸溶液中，由于酸电离出的c(H＋)远大于水电离出的c(H＋)，酸电离的c(H＋)可看成溶液中的c(H＋)，强碱溶液中，由于碱电离的c(OH－)远大于水电离的c(OH－)，碱电离的c(OH－)可看成溶液中的c(OH－)。
5．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都相同，即c(H＋)·c(OH－)相同，温度相同。
(2)曲线外的任意点(如d)与曲线上任意点的Kw不同，温度不同。
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变，改变酸碱性；实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定改变温度。
问题一 水的电离平衡
【典例1】中国在国际上首次拍摄到水分子内部结构照片(如图)，下列关于水的叙述不正确的是( )
A．水的电离是吸热过程
B．相同条件下海水的Kw比纯水的Kw大
C．温度相同时1H2O和2H2O分子分别构成的水的pH相同
D．纯水的Kw改变时水仍然呈中性
答案 B
解析 水的电离是吸热过程，A项正确；相同条件下海水和纯水的Kw相同，B项错误；温度相同时，1H2O和2H2O分子分别构成的水的pH相同，C项正确；纯水的Kw改变，但是c(H＋)＝c(OH－)，仍然呈中性，D项正确。
【解题必备】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＝5.6×10－13。但是在室温下，可忽略温度的影响，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。
【变式1-1】下列关于水的离子积常数的叙述中，正确的是( )
A．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是同一个物理量
C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，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是两个没有任何关系的物理量
答案 C
解析 水的离子积常数Kw＝K·c(H2O)。一定温度下K和c(H2O)都是不变的常数，所以Kw仅仅是温度的函数。水的离子积常数的表达式是Kw＝c(H＋)·c(OH－)，但是只要温度一定，Kw就是不变的常数。溶液中H＋的浓度变大，OH－的浓度就变小，反之亦然。
【变式1-2】关于水的离子积常数KW与水的电离平衡常数Kc的叙述中，正确的是( )
A．KW和Kc都随温度的升高而减小
B．KW和Kc数值不同，但单位相同
C．KW和Kc数值相同，但单位不同
D．KW和Kc数值和单位都不同
答案 D
解析 由于水的电离是吸热的，所以升高温度，向电离程度增大的方向移动，H＋和OH－浓度增大，故电离平衡常数Kc＝增大。而KW＝c(H＋)·c(OH－)也增大；KW的单位为mol2·L－2，Kc的单位为mol·L－1，所以二者的单位不同；而KW＝Kc·c(H2O)，所以二者的数值也不同。
问题二 影响水的电离平衡的因素
【典例2】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－)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CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)降低
D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变
答案 B
解析 A项，加入稀氨水，NH3·H2O存在电离平衡：NH3·H2O??NH＋OH－，c(OH－)增大，使水的电离平衡逆向移动，错误；B项，加入NaHSO4，NaHSO4在水溶液中电离：NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，c(H＋)增大，使水的电离平衡逆向移动，由于温度不变，Kw不变，正确；C项，CH3COOH??CH3COO－＋H＋，使c(H＋)增大，使水的电离平衡逆向移动，错误；D项，升温，Kw增大，c(H＋)增大，错误。
【解题必备】
(1)在水中加入酸或碱，会抑制水的电离，水电离出的c(H＋)、c(OH－)均减小，但仍然相等。在常温下，若由水电离出的c(H＋)<1×10－7mol·L－1，该溶液可能显酸性，也可能显碱性。
(2)水受热温度升高，促进水的电离，水电离出的c(H＋)、c(OH－)均增大，但仍然呈中性。
(3)在酸或碱的溶液中，Kw表达式中的c(H＋)、c(OH－)均为溶液中两种离子的总浓度，不一定是水电离出的c(H＋)、c(OH－)。如0.1 mol·L－1盐酸中，c(H＋)约为0.1 mol·L－1。
【变式2-1】25 ℃时，0.01 mol·L－1的H2SO4溶液中，由水电离出的c(H＋)是( )
A．0.01 mol·L－1 B．0.02 mol·L－1
C．1×10－12 mol·L－1 D．5×10－13 mol·L－1
答案 D
解析 H2SO4电离出的c(H＋)＝0.02 mol·L－1，故溶液中c(H＋)水＝c(OH－)水＝＝5×10－13 mol·L－1。
【变式2-2】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。
问题三 KW的应用
【典例3】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。
答案 (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
(2)10－10
【解题必备】水的电离平衡曲线
(1)同一曲线上任意点的Kw都相同，即c(H＋)·c(OH－)相同，温度相同。
(2)同一曲线外的任意点与曲线上任意点的Kw不同，温度不同。
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变，改变酸碱性；实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定要改变温度。
【变式3-1】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
答案 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T1【变式3-2】某温度时，水溶液中Kw＝4×10－14。
(1)该温度比室温(25 ℃)高还是低？________(填“高”或“低”)，该温度下纯水中c(H＋) ＝ ________ mol·L－1。
(2)若温度不变， 滴入稀盐酸使c(H＋)＝5.0×10－6mol·L－1，则c(OH－)＝ _______ mol·L－1，水电离的c水(H＋)＝________ mol·L－1。
答案 (1)高 2×10－7 (2)8.0×10－9 8.0×10－9
1．下列的说法正确的是( )
A．水的离子积仅适用于纯水
B．水的电离需要通电
C．升高温度水的离子积一定增大
D．加入电解质一定会破坏水的电离平衡
答案 C
解析 水的离子积适用于稀的电解质溶液及纯水，A项错误；水的电离不需要通电，B项错误；水的电离是吸热过程，升高温度，促进水的电离，水的离子积增大，C项正确；不是所有的电解质都能破坏水的电离平衡，如NaCl，D项错误。
2．25 ℃时，纯水的Kw＝1.0×10－14,100 ℃时，纯水的Kw＝1.0×10－12，这说明( )
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
答案 C
解析 由题意知，温度升高Kw增大，即c(H＋)·c(OH－)增大，说明H2O??H＋＋OH－向右移动，水的电离过程是吸热过程。
3．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是两个没有任何关系的物理量
答案 C
解析 水的离子积常数的表达式是Kw＝c(H＋)·c(OH－)，但是Kw是温度的函数，不随溶液中c(H＋)和c(OH－)的变化而变化，A错误，C正确；水的离子积常数Kw＝K·c(H2O)，B、D错误。
4．温度为T ℃时，在水中加入某物质，水的电离平衡逆向移动，体系中的c(H＋)增大，且水的Kw不变，加入的这种物质可能是( )
A．氯化钠固体 B．氨水
C．稀硫酸 D．Na2SO4溶液
答案 C
解析 A项，加入氯化钠固体，体系中的c(H＋)不变，Kw不变，不符合题意；B项，加入氨水，NH3·H2O电离出OH－，抑制水的电离，水的电离平衡逆向移动，体系中的c(H＋)减小，不符合题意；C项，加入稀硫酸，H2SO4电离出H＋，抑制水的电离，电离平衡逆向移动，体系中的c(H＋)增大，Kw不变，符合题意。
5．在25 ℃时，水中存在电离平衡：H2O??H＋＋OH－，下列说法正确的是( )
A．水是极弱的电解质，水的电离是吸热过程，升温促进水的电离
B．任何条件下水溶液中的c(H＋)和c(OH－)的乘积均为1×10－14
C．向水中加入盐类物质，水溶液一定呈中性
D．向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不变，促进水的电离
答案 A
解析 只有在25 ℃时水溶液中的c(H＋)和c(OH－)的乘积等于1×10－14，B错误；向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不变，对水的电离平衡起抑制作用，D错误。
6．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( )
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
答案 B
解析 c(OH－)不变，Kw不变，表明温度不变(100 ℃)，且无酸、碱加入。
7．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．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
答案 A
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。
8．下列四种溶液中，室温下由水电离生成的H＋浓度之比(①∶②∶③∶④)是( )
①c(H＋)＝1.0 mol·L－1的盐酸 ②0.1 mol·L－1的盐酸 ③0.01 mol·L－1的NaOH溶液
④0.001 mol·L－1的NaOH溶液
A．1∶10∶100∶1 000 B．0∶1∶12∶11
C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
答案 A
解析 ①中c(H＋)＝1 mol·L－1，由水电离出的c(H＋)与溶液中c(OH－)相等，等于1.0×10－14 mol·L－1；②中c(H＋)＝0.1 mol·L－1，由水电离出的c(H＋)＝1.0×10－13 mol·L－1；③中c(OH－)＝1.0×10－2 mol·L－1，由水电离出的c(H＋)与溶液中c(H＋)相等，等于1.0×10－12 mol·L－1；④中由水电离出的c(H＋)＝1.0×10－11 mol·L－1。即(1.0×10－14)∶(1.0×10－13)∶(1.0×10－12)∶(1.0×10－11)＝1∶10∶100∶1 000。
9．(1)某温度时，水的Kw＝1×10－12，则该温度___________(填“>”“<”或“＝”)25 ℃，其理由是
_______________________________________________________________________。
(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－)＝_________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________(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______移动。
(4)25 ℃时，下列0.1 mol·L－1的6种物质的溶液，水电离出的c(H＋)由大到小的顺序是______________(填序号)。
①HCl ②H2SO4 ③CH3COOH(Ka＝1.8×10－5) ④NH3·H2O(Kb＝1.8×10－5) ⑤NaOH ⑥Ba(OH)2
答案 (1)> 升温促进水的电离，Kw增大
(2)1×10－7 (3)向右 向右
(4)③＝④＞①＝⑤＞②＝⑥
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的盐酸中c(H＋)与0.1 mol·L－1 NaOH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－1 H2SO4和0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液中水的电离程度相等，0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液和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＋)由大到小的顺序为③＝④＞①＝⑤＞②＝⑥。
1．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( )
A．Al3＋、Na＋、NO、Cl－ B．K＋、Na＋、Cl－、NO
C．K＋、Na＋、Cl－、AlO D．K＋、NH、SO、NO
答案 B
解析 溶液中由水电离产生的c(OH－)＝1×10－14 mol·L－1，溶液呈酸性或碱性。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。
2．水的电离常数如图所示，曲线上的点都符合c(H＋)·c(OH－)＝Kw，下列说法错误的是( )
A．图中温度：T1＞T2
B．图中五点Kw间的关系：B＞C＞A＝D＝E
C．曲线a、b均代表纯水的电离情况
D．若处在B点时，将0.005 mol·L－1的硫酸与由水电离的c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1的KOH溶液等体积混合后，溶液显碱性
答案 C
解析 由图像可知，A点在T2时的曲线上，而B点在T1时的曲线上，因为A、B点溶液中的氢离子与氢氧根离子的浓度分别相等，所以是纯水的电离，B点的电离程度大于A点，所以温度：T1＞T2，故A正确；由图像可知，A、E、D都是T2时曲线上的点，Kw只与温度有关，温度相同时Kw相同，温度升高，促进水的电离，Kw增大，则Kw：B＞C＞A＝D＝E，故B正确；由E和D点的c(H＋)≠c(OH－)可知其不是纯水的电离，故C错误；B点时，Kw＝1×10－12,0.005 mol·L－1的硫酸中c(H＋)＝0.01 mol·L－1，由水电离的c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1的KOH溶液中c(OH－)＝1 mol·L－1，两溶液等体积混合后，溶液显碱性，故D正确。
3．已知NaHSO4在水中的电离方程式为NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO。某温度下，向c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1的蒸馏水中加入NaHSO4晶体，保持温度不变，测得溶液中c(H＋)＝1×10－2 mol·L－1。下列对该溶液的叙述不正确的是( )
A．该温度高于25 ℃
B．由水电离出来的H＋的浓度为1×10－10 mol·L－1
C．加入NaHSO4晶体抑制水的电离
D．取该溶液加水稀释至100倍，溶液中的c(OH－)减小
答案 D
解析 某温度下，蒸馏水中c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1，则该蒸馏水中c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1，该温度下水的离子积Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－12＞10－14，则该温度高于25 ℃，A正确；该温度下水的离子积Kw＝1×10－12，c(H＋)＝1×10－2 mol·L－1的溶液中c(OH－)＝ mol·L－1＝1×10－10 mol·L－1，NaHSO4电离产生H＋，其溶液中的OH－全部来自水的电离，所以水电离出来的H＋的浓度等于OH－浓度为1×10－10 mol·L－1，B正确；向蒸馏水中加入NaHSO4，NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，电离产生的H＋抑制水的电离，C正确；取该溶液加水稀释至100倍，c(H＋)减小，促进了水的电离，溶液中c(OH－)增大，D错误。
4．科学家利用太空望远镜首次探测到木卫二喷出的羽状物是水蒸气，而这些羽状物的源头证实在它的冰壳下隐藏着一个巨大的咸海洋。
水是最宝贵的资源之一。若在木卫二上某地，水的离子积常数Kw＝1.0×10－12。
(1)利用我们的地球经验，木卫二该地的温度________25℃(填“大于”“小于”或“等于”)，其理由是________________________________________。
(2)已知水中存在如下平衡：H2O＋H2O??H3O＋＋OH－ ΔH>0，现欲使平衡向左移动，且所得溶液呈酸性，选择的方法是________(填字母)。
A．向水中加入NaHSO4 B．向水中加入NaCl
C．加热水至100℃ D．在水中加入KOH
(3)若在常温下的水中加入某种物质使由水电离出的c(H＋)＝1×10－13，则加入的物质可能是________。
A．HCl B．NaCl C．Na2CO3 D．NaOH
答案 (1)大于 Kw随温度升高而增大 (2)A (3)AD
解析 (1)Kw随温度升高而增大，温度高于25℃。
(2)向水中加入NaHSO4，c(H＋)增大，平衡向左移动，A正确；向水中加入NaCl对水的电离平衡无影响，平衡不移动，B错误；加热平衡向右移动，仍呈中性，C错误；在水中加入KOH，c(OH－)增大，平衡向左移动，但溶液呈碱性，D错误。
(3)加酸或加碱都会抑制水的电离，所以加入的物质应为HCl或NaOH，故选AD。
5．实验表明，液态时，纯硫酸的电离能力强于纯硝酸，纯硫酸的导电性也显著强于纯水。又知液态纯酸都像水那样进行自身电离(H2O＋H2OH3O＋＋OH－)而建立平衡，且在一定温度下都有各自的离子积常数。据此回答：
(1)纯硫酸在液态时自身电离的方程式是______________________________。
(2)25 ℃时，液态纯硫酸的离子积常数K(H2SO4)_______1×10－14mol2·L－2(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)在纯硫酸与纯硝酸的液态混合酸中，存在的阴离子主要是____________，这是因为混合酸中不仅存在硫酸和硝酸各自电离的两个电离平衡，而且还因硫酸的酸度大于硝酸，又在无水条件下，混合酸中必然发生_______________________________(写离子方程式)反应。
答案 (1)2H2SO4H3SO＋HSO
(2)＞ (3)HSO H＋＋NO===HNO3
解析 已知液态纯酸都能像水那样进行自身电离(H2O＋H2OH3O＋＋OH－)而建立平衡，且在一定温度下都有各自的离子积常数，这些信息告诉我们纯硫酸存在着电离平衡，且电离程度强于纯硝酸和纯水，仿照纯水的电离方式，可以推知纯硫酸的电离方程式为 2H2SO4H3SO＋HSO。在25℃时，液态纯H2SO4的离子积常数K(H2SO4)比1×10－14mol2·L－2大。由于在纯硫酸和纯硝酸的液态混合酸中2H2SO4H3SO＋HSO为主要的电离方式，而纯硝酸电离受到纯硫酸电离出的H＋的抑制，因此，在纯硫酸和纯硝酸的液态混合酸中，存在的阴离子主要是HSO。同时，无水条件下，混合酸中必然发生H＋＋NO===HNO3的反应。专题3 水溶液中的离子反应
第一单元 弱电解质的电离平衡
第3课时 水的电离平衡
一、水的电离平衡
1．水的电离
(1)水是一种________的电解质。
(2)水的电离为________过程，自身电离示意图如下：
电离方程式：________________________________
简写为：________________________________。
2．水的离子积常数：
(1)水的电离平衡常数表达式为K= ________________。
纯水和稀溶液中c(H2O)视为常数，则c(H＋)·c(OH－)＝K·c(H2O)为新的常数，用Kw表示。
(2)水的离子积常数表达式为KW=________________。
①常温时，Kw＝________________，不仅适用于纯水，还适用于稀的________________。
②不同溶液中，c(H＋)、c(OH－)可能不同，但任何溶液中由水电离出的c(H＋)与c(OH－)总是________的。
(3)KW及影响因素：
a．25 ℃时：KW=________________。
b．水的电离是________________的可逆过程，故温度升高，KW________。
c．水的离子积常数只受________的影响，与c(H+)、c(OH-)的变化无关。
【名师点拨】
1．有关水的离子积常数的计算
(1)常温下，水的离子积常数Kw＝1.0×10－14，则纯水中c(H＋)是1.0×10－7mol·L－1。
若某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－4 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－10mol·L－1。
若某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－13mol·L－1。
(2)不同溶液中，c(H＋)、c(OH－)可能不同，但任何溶液中由水电离出的c(H＋)与c(OH－)总是相等的。
若某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－13mol·L－1，此时水电离出的c(H+)=c(OH-)=1.0×10－13mol·L－1。
若某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－13mol·L－1，此时水电离出的c(H+)=c(OH-)=1.0×10－13mol·L－1。
2．Kw与温度的关系
常温时，Kw＝1.0×10－14，不仅适用于纯水，还适用于酸碱的稀溶液。
温度升高，Kw增大；
若100℃时，水的离子积常数KW=1.0×10-12，则纯水中c(H＋)是1.0×10－6 mol·L－1；某酸溶液中，c(H＋)＝1.0×10－2 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为1.0×10－10mol·L－1。某碱溶液中，c(OH-)＝1.0×10－1 mol·L－1，则溶液中c(H+)为1.0×10－11mol·L－1。
二、影响水的电离平衡的因素
1．温度：
水的电离________过程，温度升高，会________水的电离，水的电离程度________，KW________。
2．酸碱效应：
(1)外加酸，c(H＋) ________，________水的电离，水的电离程度________，Kw________。
(2)外加碱，c(OH－) ________，________水的电离，水的电离程度________，Kw________。
3．化学反应：
加入了活泼金属，可与水电离产生的H＋直接发生置换反应，产生H2，使水的电离平衡________移动，水的电离程度________。
4．弱酸根离子或弱碱离子：
(1)加入弱碱离子（如Al3+、Fe2+、NH4+、Cu2+、Ag+等），弱碱离子与水电离出的________结合，水的电离平衡________移动，c(H+)________，溶液呈________性。
(2)加入弱酸根离子（如CO32-、HCO3-、CH3COO-等），弱酸根离子与水电离出的________结合，水的电离平衡________移动，c(OH-)________，溶液呈________性。
【名师点拨】关于水电离出的c(H+)和c(OH-)分析思路
Kw表达式中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(H＋)与水电离出的c(OH－)一定相等。
①升高温度、加入弱碱离子和弱酸离子，促进了水的电离，水的电离程度增大，水电离出的c(H+)和c(OH-)增大。
②加入酸或碱，抑制了水的电离，水的电离程度减小，水电离出的c(H+)和c(OH-)减小。
(4)室温下，由水电离出的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1的溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。
【易错提醒】
(1)水是弱电解质，H2O??H＋＋OH－，因为水的电离是吸热过程，所以升温，水的电离程度增大，溶液导电性增强，电导率示数增大。
(2)促进水的电离平衡的因素有升温、加入能消耗H＋或OH－的物质(如加活泼金属)；
(3)抑制水的电离平衡的因素有降温、加入酸(或强酸的酸式盐)、加入碱。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)升高温度，若Kw增大到10－12，则纯水电离出的c(H＋)＝10－6 mol·L－1( )
(2)在纯水中加入少量酸，水的电离平衡逆向移动，c(OH－)减小，Kw减小( )
(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)在蒸馏水中滴加浓H2SO4，Kw不变( )
(5)温度一定时，在纯水中通入少量SO2，水的电离平衡不移动，Kw不变( )
(6)室温下，0.1 mol·L－1的HCl溶液与0.1 mol·L－1的NaOH溶液中水的电离程度相等( )
2．在常温下，改变下列条件，分析条件的改变对水的电离平衡H2OH＋＋OH－的影响，填写下表：
改变条件 电离平衡 移动方向 溶液中 c(H＋) 溶液中 c(OH－) pH 溶液的 酸碱性 Kw
升高温度
加入酸
加入碱
加入活泼金属(如Na)
加入CH3COONa(s)
加入NH4Cl(s)
3．分析下列过程中H2O的电离程度的变化(25 ℃)。
(1)Zn与稀硫酸反应制H2：__________。
(2)氨水加水稀释时：____________。
(3)向NaOH溶液中滴入盐酸至过量：________________________________________。
(4)向SO2水溶液中通入Cl2至恰好反应：_____________________________________。
4．现有下列物质①100 ℃纯水；②25 ℃ 0.1 mol·L－1 HCl溶液；③25 ℃ 0.1 mol·L－1 KOH溶液；④25 ℃ 0.1 mol·L－1Ba(OH)2溶液。这些物质与25 ℃纯水相比，能促进水电离的是_____________(填序号)，能抑制水的电离的是______________，水电离的c(OH－)等于溶液中c(OH－)的是_____________，水电离的c(H＋)等于溶液中c(H＋)的是_____________。
5．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________。
问题一 水的电离平衡
【典例1】中国在国际上首次拍摄到水分子内部结构照片(如图)，下列关于水的叙述不正确的是( )
A．水的电离是吸热过程
B．相同条件下海水的Kw比纯水的Kw大
C．温度相同时1H2O和2H2O分子分别构成的水的pH相同
D．纯水的Kw改变时水仍然呈中性
【解题必备】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＝5.6×10－13。但是在室温下，可忽略温度的影响，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。
【变式1-1】下列关于水的离子积常数的叙述中，正确的是( )
A．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是同一个物理量
C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，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是两个没有任何关系的物理量
【变式1-2】关于水的离子积常数KW与水的电离平衡常数Kc的叙述中，正确的是( )
A．KW和Kc都随温度的升高而减小
B．KW和Kc数值不同，但单位相同
C．KW和Kc数值相同，但单位不同
D．KW和Kc数值和单位都不同
问题二 影响水的电离平衡的因素
【典例2】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－)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CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)降低
D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变
【解题必备】
(1)在水中加入酸或碱，会抑制水的电离，水电离出的c(H＋)、c(OH－)均减小，但仍然相等。在常温下，若由水电离出的c(H＋)<1×10－7mol·L－1，该溶液可能显酸性，也可能显碱性。
(2)水受热温度升高，促进水的电离，水电离出的c(H＋)、c(OH－)均增大，但仍然呈中性。
(3)在酸或碱的溶液中，Kw表达式中的c(H＋)、c(OH－)均为溶液中两种离子的总浓度，不一定是水电离出的c(H＋)、c(OH－)。如0.1 mol·L－1盐酸中，c(H＋)约为0.1 mol·L－1。
【变式2-1】25 ℃时，0.01 mol·L－1的H2SO4溶液中，由水电离出的c(H＋)是( )
A．0.01 mol·L－1 B．0.02 mol·L－1
C．1×10－12 mol·L－1 D．5×10－13 mol·L－1
【变式2-2】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
问题三 KW的应用
【典例3】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。
【解题必备】水的电离平衡曲线
(1)同一曲线上任意点的Kw都相同，即c(H＋)·c(OH－)相同，温度相同。
(2)同一曲线外的任意点与曲线上任意点的Kw不同，温度不同。
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变，改变酸碱性；实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定要改变温度。
【变式3-1】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
【变式3-2】某温度时，水溶液中Kw＝4×10－14。
(1)该温度比室温(25 ℃)高还是低？________(填“高”或“低”)，该温度下纯水中c(H＋) ＝ ________ mol·L－1。
(2)若温度不变， 滴入稀盐酸使c(H＋)＝5.0×10－6mol·L－1，则c(OH－)＝ _______ mol·L－1，水电离的c水(H＋)＝________ mol·L－1。
1．下列的说法正确的是( )
A．水的离子积仅适用于纯水
B．水的电离需要通电
C．升高温度水的离子积一定增大
D．加入电解质一定会破坏水的电离平衡
2．25 ℃时，纯水的Kw＝1.0×10－14,100 ℃时，纯水的Kw＝1.0×10－12，这说明( )
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是两个没有任何关系的物理量
4．温度为T ℃时，在水中加入某物质，水的电离平衡逆向移动，体系中的c(H＋)增大，且水的Kw不变，加入的这种物质可能是( )
A．氯化钠固体 B．氨水
C．稀硫酸 D．Na2SO4溶液
5．在25 ℃时，水中存在电离平衡：H2O??H＋＋OH－，下列说法正确的是( )
A．水是极弱的电解质，水的电离是吸热过程，升温促进水的电离
B．任何条件下水溶液中的c(H＋)和c(OH－)的乘积均为1×10－14
C．向水中加入盐类物质，水溶液一定呈中性
D．向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不变，促进水的电离
6．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( )
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
7．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．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
8．下列四种溶液中，室温下由水电离生成的H＋浓度之比(①∶②∶③∶④)是( )
①c(H＋)＝1.0 mol·L－1的盐酸 ②0.1 mol·L－1的盐酸 ③0.01 mol·L－1的NaOH溶液
④0.001 mol·L－1的NaOH溶液
A．1∶10∶100∶1 000 B．0∶1∶12∶11
C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
9．(1)某温度时，水的Kw＝1×10－12，则该温度___________(填“>”“<”或“＝”)25 ℃，其理由是
_______________________________________________________________________。
(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－)＝_________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________(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______移动。
(4)25 ℃时，下列0.1 mol·L－1的6种物质的溶液，水电离出的c(H＋)由大到小的顺序是______________(填序号)。
①HCl ②H2SO4 ③CH3COOH(Ka＝1.8×10－5) ④NH3·H2O(Kb＝1.8×10－5) ⑤NaOH ⑥Ba(OH)2
1．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( )
A．Al3＋、Na＋、NO、Cl－ B．K＋、Na＋、Cl－、NO
C．K＋、Na＋、Cl－、AlO D．K＋、NH、SO、NO
2．水的电离常数如图所示，曲线上的点都符合c(H＋)·c(OH－)＝Kw，下列说法错误的是( )
A．图中温度：T1＞T2
B．图中五点Kw间的关系：B＞C＞A＝D＝E
C．曲线a、b均代表纯水的电离情况
D．若处在B点时，将0.005 mol·L－1的硫酸与由水电离的c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1的KOH溶液等体积混合后，溶液显碱性
3．已知NaHSO4在水中的电离方程式为NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO。某温度下，向c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1的蒸馏水中加入NaHSO4晶体，保持温度不变，测得溶液中c(H＋)＝1×10－2 mol·L－1。下列对该溶液的叙述不正确的是( )
A．该温度高于25 ℃
B．由水电离出来的H＋的浓度为1×10－10 mol·L－1
C．加入NaHSO4晶体抑制水的电离
D．取该溶液加水稀释至100倍，溶液中的c(OH－)减小
4．科学家利用太空望远镜首次探测到木卫二喷出的羽状物是水蒸气，而这些羽状物的源头证实在它的冰壳下隐藏着一个巨大的咸海洋。
水是最宝贵的资源之一。若在木卫二上某地，水的离子积常数Kw＝1.0×10－12。
(1)利用我们的地球经验，木卫二该地的温度________25℃(填“大于”“小于”或“等于”)，其理由是________________________________________。
(2)已知水中存在如下平衡：H2O＋H2O??H3O＋＋OH－ ΔH>0，现欲使平衡向左移动，且所得溶液呈酸性，选择的方法是________(填字母)。
A．向水中加入NaHSO4 B．向水中加入NaCl
C．加热水至100℃ D．在水中加入KOH
(3)若在常温下的水中加入某种物质使由水电离出的c(H＋)＝1×10－13，则加入的物质可能是________。
A．HCl B．NaCl C．Na2CO3 D．NaOH
5．实验表明，液态时，纯硫酸的电离能力强于纯硝酸，纯硫酸的导电性也显著强于纯水。又知液态纯酸都像水那样进行自身电离(H2O＋H2OH3O＋＋OH－)而建立平衡，且在一定温度下都有各自的离子积常数。据此回答：
(1)纯硫酸在液态时自身电离的方程式是______________________________。
(2)25 ℃时，液态纯硫酸的离子积常数K(H2SO4)_______1×10－14mol2·L－2(填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)在纯硫酸与纯硝酸的液态混合酸中，存在的阴离子主要是____________，这是因为混合酸中不仅存在硫酸和硝酸各自电离的两个电离平衡，而且还因硫酸的酸度大于硝酸，又在无水条件下，混合酸中必然发生_______________________________(写离子方程式)反应。
