化学：3.2《水的电离和溶液的酸碱性》教案（新人教版选修4）

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第二节 水的电离和溶液的酸碱性
第一课时
教学目的：1、使学生了解水的电离和水的离子积
2、生了解溶液的酸碱性与pH的关系
3、通过水的离子积和溶液酸碱性等内容的教学，对学生进行矛盾的对立统一、事物间的相互关系和相互制约等辨证唯物主义观点的教育
教学重点：水的离子积，溶液酸碱性和溶液pH值的关系
教学难点：水的离子积
教学过程：
引入：水是不是电解质？研究电解质溶液时往往涉及溶液的酸碱性，而酸碱性与水的电离有密切的关系。那么水是如何电离的呢？精确的实验证明，水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离，生成H3O+ 和OH—：
板书：一、水的电离
1、水的电离
H2O + H2O H3O+ + OH— 简写为：H2O H+ + OH—
实验测定：25℃ [H+]=[OH-]=1mol/L 100℃ [H+] = [OH-] = 1mol/L
水的电离与其它弱电解质的电离有何异同？
不同点：水是“自身”作用下发生的极微弱的电离。
相同点：均是部分电离，存在电离平衡
提问：请学生计算水的浓度，1L纯水的物质的量是55·6mol，经实验测得250C时，发生电离的水只有1×10-7mol，二者相比，水的电离部分太小，可以忽略不计。因此电离前后水的物质的量几乎不变，可以视为常数，常数乘以常数必然为一个新的常数，用Kw表示，即为水的离子积常数，简称水的离子积。
板书2、水的离子积
Kw = c（H+）·c（OH—）
由于250C时，c（H+）= c（OH—）= 1×10-7mol/L
所以250C时，Kw = c（H+）·c（OH—）=1×10-14（定值）（省去单位）
提问：当温度升高时，Kw如何变化？影响Kw的因素是什么？（电离过程是吸热过程）
1000C时，Kw = c（H+）·c（OH—）=1×10-12
影响因素：温度越高，Kw越大，水的电离度越大。对于中性水，尽管Kw,电离度增大，但仍是中性水，[H+]=[OH-].
注：温度升高时Kw增大，所以说Kw时要强调温度。
练习：
影响因素 条件改变 平衡移动 溶液中的c(H+) 溶液中的c(OH-) Kw
温度 升高温度 向右 增大 增大 变大
降低温度 向左 减小 减小 变小
酸碱性 加入酸 向左 增大 减小 不变
加入碱 向左 减小 增大 不变
过渡：在常温时，由于水的电离平衡的存在，不仅是纯水，就是在酸性或碱性的稀溶液里，H+ 浓度和OH—浓度的乘积总是一个常数——1×10-14，请考虑一下，当纯水中加入盐酸或氢氧化钠时，c（H+）和c（OH—）如何变化？
板书：二、溶液的酸碱性和pH（常温下）：
1、 溶液的酸碱性与c（H+）和c（OH—）的关系：
投影显示空表，教师引导填写，然后推出结论。
电解质溶液 对水电离平衡的影响 溶 液 中c（H+）（mol/L） 溶 液 中c（OH—）（mol/L） c（H+）与c（OH—）比较 c（H+）·c（OH—） 溶液酸碱性
纯水 =10-7 =10-7 相 等 10-14 中性
盐酸 加HCl，c（H+）增大，平衡左移 >10-7 <10-7 c（H+）>c（OH—） 10-14 酸性
氢氧化钠 加NaOH，c（OH—）增大，平衡左移 <10-7 >10-7 c（H+）中性溶液c（H+）= c（OH—）= 1×10-7mol/L
酸性溶液c（H+）> c（OH—），c（H+）> 1×10-7mol/L
碱性溶液c（H+）< c（OH—），c（H+）< 1×10-7mol/L
注：①水中加酸或碱均 抑 制水的电离，但由水电离出的c（H+）与c（OH—）总是相等。
②任何电解质溶液中，H+与OH—总是共存，但不能大量共存。溶液的酸、碱性主要在于c（H+）与c（OH—）的相对大小。c（H+）与c（OH—）此增彼长，且Kw = c（H+）·c（OH—）不变。
讲述：酸性溶液中c（H+）越大，酸性越强，碱性溶液中c（OH—）越大，碱性越强。我们经常用到一些c（H+）很小的溶液，如c（H+）=1×10-7 mol/L的溶液，用这样的量来表示溶液的酸碱性的强弱很不方便。为此，化学上常采用pH来表示溶液酸碱性的强弱。
2、溶液的pH：
（1）定义：pH =-lg{c（H+）}
(2)适应范围：稀溶液，0～14之间。
有关溶液的pH值的几个注意问题：
①pH值是溶液酸碱性的量度。常温下，pH=7溶液呈中性；pH值减小，溶液的酸性增强；pH值增大，溶液的碱性增强。
②pH值范围在0-14之间。pH=0的溶液并非没有H+，而是C(H+)=1mol/L；pH=14的溶液并非没有OH-，而是C(OH-)=1mol/L。pH改变一个单位，C(H+)就改变10倍，即pH每增大一个单位，C(H+)就减小到原来的1/10；pH每减小一个单位，C(H+)就增大到原来的10倍。
③当C(H+)>1mol/L时，pH值为负数，当C(OH-)>1mol/L时，pH>14。对于C(H+)或C(OH-)大于1mol/L的溶液，用pH值表示反而不方便，所以pH值仅适用于C(H+)或C(OH )小于等于1mol/L的稀溶液。
④也可用pOH来表示溶液的酸碱性，pOH=-lgC(OH--)，因为C(H+)·C(OH-)=10-14，若两边均取负对数，得pH+pOH=14。
⑤可用 pH试纸来测定溶液的pH值。方法：用洁净的干玻璃棒直接蘸取少许待测液，滴在pH试纸上（注意不能将pH试纸先用水沾湿或用湿的玻璃棒，因为这样做，实际上已将溶液稀释，导致所测定的pH不准确）将pH试纸显示的颜色随即（半分钟内）与标准比色卡对照，确定溶液的pH值（因为时间长了，试纸所显示的颜色会改变，致使测得的pH不准。）
第二课时
教学目的：1、了解指示剂的变色范围，学会用pH试纸测定溶液的pH值
2、初步学会计算酸碱的pH值以及氢离子浓度和pH值的互算
3、掌握pH相同的强酸与弱酸的几个规律
教学重点：有关pH的简单计算
教学难点：熟练掌握有关pH的计算
教学过程：
复习提问：
①什么叫水的离子积？影响水的离子积因素？溶液的酸碱性与c（H+）、c（OH—）及pH的关系？溶液pH的计算？求0.1mol/L盐酸溶液中的[OH-]？（25℃）求0.1mol/LnaOH溶液中[H+]？
②关于pH相同的酸（含强酸和弱酸）
（1）溶液中c（H+）相等 （填“相等”或“不等”）。
（2）溶液中溶质的物质的量的浓度：强酸 < 弱酸（填“>”或“<”）。
（3）耗碱规律：pH和溶液体积均相同的HCl、H2SO4、CH3COOH与碱完全反应时，消耗碱物质的量最多的是 CH3COOH 。
（4）稀释规律：分别加水稀释m倍时，溶液的物质的量的浓度均变为原来的 1/m , 强酸中c（H+）变为原来的1/m ,但弱酸中c（H+）减小 小于（填“大于”或“小于”）m倍，故稀释后弱酸酸性强于强酸。
③pH的有关计算：
（1）求酸或碱溶液的pH a·先判断溶液的酸碱性
（2）求强酸或强碱稀释后的pH b·若为酸性，先求出c（H+）后
（3）求混合溶液的pH 由pH =-lg{c（H+）}求pH
①两种强酸（碱）混合 若为碱性，先求c（OH—）后
②强酸与强碱混合 由Kw = c（H+）·c（OH—）
（4）pH+pOH=14 求c（H+），再求pH
板书：三、有关溶液pH的计算
（一）强酸、强碱自相或互相混合（体积变化忽略不计）
（1）酸I+酸II [H+] =
(2)碱I+碱II [OH-] =
（3）酸I+碱II
完全中和：[H+] = [OH-] = 1mol/L
酸过量： [H+]=
碱过量：[OH-] =
(二)溶液酸碱性pH计算经验规律
（1）两强酸等体积混合 混合后的pH=小的+0.3
(2)两强碱等体积混合 混合后的pH=大的—0.3
(3)当按所给反应物质的量之比计算时，酸碱不论强弱，谁大谁过剩，溶液呈谁性。
（4）酸碱等体积混合①pH = 2 某酸与pH = 12 某碱混合pH难定②pH = 4 某酸与pH = 10 NaOH混合 pH≤7③pH = 4 H2SO4与pH = 10 某碱混合pH≥7④0.01mol/L pH = 2 一元酸与0.1mol/L pH = 12一元碱混合pH = 7
(5) pH 减小一个单位，[H+]扩大为原来的10倍。 PH增大2个单位，[H+]减为原来的1/100
（6）稀释规律：分别加水稀释m倍时，溶液的物质的量的浓度均变为原来的 1/m , 强酸中c（H+）变为原来的1/m ,但弱酸中c（H+）减小 小于m倍，故稀释后弱酸酸性强于强酸。
例1、求下列溶液的pH：
（1）某H2SO4溶液的浓度是0·005mol/L ①求此溶液的pH②用水稀释到原来体积的100倍
③再继续稀释至104倍
（2）pH=3的盐酸与pH=5的硫酸等体积混合
（3）pH=10和pH=12的两种NaOH溶液等体积混合
（4）pH=12的NaOH和pH =4的HCl等体积混合
解析：（1）① c（H+）=0·005mol/L×2=0·01 mol/L ， pH=-lg10-2=2
② c（H+）=0·01mol/L÷100=10-4 mol/L ， pH=-lg10-4=4
③ pH=7（强调酸稀释后不会变成碱！）
（2）c（H+）==5×10-4, pH=-lg(5×10-4)=4-lg5=3·3
(强调10-3是10-5的100倍，所以10-5可以忽略不计)
（3）因为溶液呈碱性c（OH—）==5×10-3 c（H+）==2×10-12
pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11·7
（4）NaOH中c（OH—）=10-2 mol/L HCl中c（H+）=10-4 mol/L二者等体积反应，碱过量，反应后溶液呈碱性。所以反应后c（OH—）==5×10-3 c（H+）==2×10-12 pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11·7
例2、某温度下纯水的C(H+)=2.0╳10—7mol/L，则此时C(OH )为多少？若温度不变，滴入稀H2SO4，使C(H+)=5.0╳10—4mol/L，则由水电离产生的C(H+)为多少？
答案：；。
例3、 常温下，将pH的NaOH与pH=10的NaOH溶液等体积混合后，溶液中氢离子浓度最接近（D）A. B.
C. D.
例4、pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合，所得溶液的pH=11，则强碱与强酸的体积比是
A、11:1 B、9:1 C、1:11 D、1:9
答案：D
例5、常温时某溶液中，测得由水电离出的C(H+)为10-11mol/L，则对此溶液的下列叙述中，正确的是（ C D ）
A、一定是酸溶液 B、一定是碱溶液 C、可能是pH=3的酸溶液 D、可能是pH=11的碱溶液
例6、将pH=5的盐酸溶液稀释1000倍后，溶液的pH为（ C ）
A、等于8 B、等于7 C、接近7又小于7 D、大于7而小于8
例7、有PH相等的盐酸和醋酸（），如何通过实验的方法证明。
解析：经分析可知一为强酸（盐酸），强电解质，另一为弱酸（醋酸），弱电解质。利用二者在电离过程中的区别，可用稀释相同倍数后测pH的方法进行鉴别。
答案：取相同体积的两种酸，加水稀释10倍，用玻璃棒分别蘸取稀释后两种酸，点在PH试纸上，稍后与比色卡比较，其中PH较小的为醋酸，另一为盐酸。
练习：
1．在250C某稀溶液中，由水电离产生的c（H+）=10-13mol/L，下列有关溶液的叙述正确的是（CD）
A．该溶液一定呈酸性 B．该溶液一定呈碱性
C．该溶液的pH可能约为1 D．该溶液的pH可能约为13
2．250C时，10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则混合之前，该强酸的pH与强碱的pH之间应满足的关系是什么？（pH酸+pH碱=15）
3．在800C时，纯水的pH小于7，为什么？（因为水的电离过程是吸热过程，所以升高温度，平衡右移，使c（H+）=c（OH—）>10—7 mol/L，所以pH小于7）
4.pH = 4的盐酸用水稀释100倍、1000倍、10000倍，pH值各为多少？
5.在0.01mol/LHCl中，由水电离出来的[H+]为多少？
6.某溶液中由水电离产生的[H+]= 1╳10—10mol/L,则该溶液的pH值可能是？
7.某盐酸中1╳10—xmol/L，某氨水的pH为y,已知：x+y = 14,且y>11,将上述两溶液分别取等体积，充分混合后，所的溶液中各离子浓度由大到小的顺序是？
8.pH = 5的强酸与pH = 11的强碱溶液混合至pH=7,求酸碱的体积比？
课堂练习1：
1．室温下，在pH=12的某溶液中，由水电离出来的c(OH-)为（ ）。
（A）1.0×10-7 mol·L-1 （B）1.0×10-6 mol·L-1 （C）1.0×10-2 mol·L-1 （D）1.0×10-12 mol·L-1
2．25℃时，某溶液中，由水电离出的c(H+)=1×10-12 mol·L-1，则该溶液的pH可能是（ ）。
（A）12 （B）7 （C）6 （D）2
3．纯水在25℃和80℃时的氢离子浓度，前者和后者的关系是（ ）。
（A）前者大 （B）相等 （C）前者小 （D）不能肯定
4．某温度下，重水(D2O)的离子积常数为1.6×10-15 若用定义pH一样来规定pD=-lg[D+ ]，则在该温度下，下列叙述正确的是（ ）。
（A）纯净的重水中，pD=7 （B）1 L溶解有0.01 mol DC1的重水溶液，其pD=2
（C）1 L溶解有0.01 mol NaOD的重水溶液，其pD=12
（D）纯净的重水中， [D+ ][OD- ]>1.0×10-1 4
5．给蒸馏水中滴入少量盐酸后，下列说法中错误的是（ ）。
（A）[H+ ][OH- ]乘积不变 （B）pH增大了
（C）[OH- ]降低了 （D）水电离出的[H+ ]增加了
6．常温下，下列溶液中酸性最弱的是（ ）。
（A）pH=4 （B）[H+ ]=1×10-3 mol·L-1
（C）[OH- ]=1×10-11 mol·L-1 （D）[H+ ] ·[OH- ]= 1×10-14
7．某酸溶液的pH=3，则该酸溶液的物质的量浓度为（ ）。
（A）一定大于0.001 mol·L-1 （B）一定等于0.001 mol·L-1
（C）一定小于0.001 mol·L-1 （D）以上说法均欠妥
8．常温下, 某溶液中水的电离度a=10-10/55.5(%), 该溶液的pH可能是（ ）。
（A）12 （B）10 （C）4 （D）3
9．在室温下，等体积的酸和碱的溶液混合后，pH一定少于7的是（ ）。
（A）pH=3的HNO3跟pH=11的KOH溶液 （B）pH=3的盐酸跟pH=11的氨水
（C）pH=3硫酸跟pH=11的氢氧化钠溶液 （D）pH=3的醋酸跟pH=11的氢氧化钡溶液
10．下列叙述中，正确的是（ ）。
（A）中和10 mL 0.1mol·L-1 醋酸与中和100 mL 0.01mol·L-1 的醋酸所需同种碱溶液的量不同
（B）等体积pH=3的酸溶液pH=11的碱溶液相混合后，溶液的pH=7
（C）体积相等, pH相等的盐酸和硫酸溶液中, H+离子的物质的量相等
（D）pH=3的甲酸溶液的[H+]与pH=11的氨水溶液的[OH- ]相等
11．今有a·盐酸 b·硫酸 c·醋酸三种酸：
（1）在同体积，同pH的三种酸中，分别加入足量的碳酸钠粉末， 在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。
（2）在同体积、同浓度的三种酸中，分别加入足量的碳酸钠粉末，在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。
（3）物质的量浓度为0.1 mol·L-1的三种酸溶液的pH由大到小的顺序是___________；如果取等体积的0.1 mol·L-1的三种酸溶液，用0.1 mol·L-1的NaOH溶液中和，当恰好完全反应时，消耗NaOH溶液的体积由大到小的顺序是______________（以上均用酸的序号填写）。
12．在25℃时, 有pH=a的盐酸和pH=b的苛性钠溶液，现取VamL盐酸用该苛性钠溶液中和，需VbmL苛性钠溶液。若a+b=13，则Va/Vb=____________。
13．将pH=3的弱酸溶液稀释100倍，该溶液的pH范围为：__________________。
课堂练习1答案：
1CD，2AD，3C，4B，5BD，6D，7D，8AC，9D，10CD。
11．（1）c>b=a 。（2）b>a=c。（3）c>a>b 。 b>c=a 。
12．1:10。13．3课堂练习2：
1．将pH为5的硫酸溶液稀释500倍，稀释后溶液中c(SO42—和c(H+)之比约为（ ）。
（A）1:1 （B）1:2 （C）1:10 （D）10:1
2．向VmLBaCl2溶液中加入一定体积的0.05mol/L硫酸溶液，两者恰好完全反应，且反应后溶液的pH为3.0。则原BaCl2溶液的物质的量浓度为（ ）。
（A）5.05×10-4 mol·L-1 （B）5.05×10-3 mol·L-1
（C）1.01×10-4 mol·L-1 （D）1.01×10-3 mol·L-1
3．在一定温度下，将pH=3的硫酸溶液与pH=9的氨水等体积混合后，恰好完全反应，则在该温度下NH3·H2O的电离度为（ ）。
（A）2% （B）1% （C）0.5% （D）0.01%
4．水是一种极弱的电解质，在室温下，平均每n个水分子中只有1个水分子发生电离，则n值是（ ）。
（A）1×10-14 （B）55.6×107 （C）107 （D）55.6
5．下列叙述中正确的是（ ）。
（A）使甲基橙试液变黄色的溶液一定是碱性溶液（B）使酚酞试液变红色的溶液一定是碱性溶液
（C）使甲基橙试液变红色的溶液一定是酸性溶液
（D）使紫色石蕊试液不变色的溶液一定是中性溶液
6．下列试纸使用时, 不宜先用水润湿的是（ ）。
（A）pH试纸 （B）红色石蕊试纸 （C）淀粉碘化钾试纸 （D）蓝色石蕊试纸
7．将质量百分比浓度为a%、物质的量浓度为c1 mol·L-1的稀硫酸蒸发掉一定量的水，使之质量百分比浓度为2a%，物质的量浓度为c2 mol·L-1，则c1和c2的关系是（ ）。
（A）c2 =2 c1 （B）c2 >2 c1 （C） c2 <2 c1 （D）c1 = 2c2
8．从植物花中提取一种有机物，可用简化式HIn表示，在水溶液中因存在下列电离平衡，故可作酸碱指示剂：HIn(溶液红色) H+（溶液）+In-(溶液黄色) 。在该水溶液中加入下列物质，能使指示剂显黄色的是（ ）。
（A）盐酸 （B）碳酸钠溶液 （C）硫酸氢钠溶液 （D）过氧化钠
9．已知多元弱酸在水溶液中的电离是分步进行的，且第一步电离程度远大于第二步电离程度，第二步电离程度远大于第三步电离程度………今有HA、H2B、H3C三种一元、二元、三元弱酸，根据“较强酸+较弱酸盐=较强酸盐+较弱酸”的反应规律，它们之间能发生下列反应：
①HA+HC2-(少量)=A-+H2C-②H2B（少量）+2A-=B2-+2HA ③H2B（少量）+H2C-=HB-+H3C
回答下列问题：
（1）相同条件下，HA、H2B、H3C三种酸中酸性最强的是_______。
（2）A-、B2-、C3-、HB-、H2C-、HC2-6种离子中，最易结合质子的是___，最难结合质子的是___。
（3）判断下列反应的离子方程式中正确的是（填写标号）_______。
（A）H3C+3A-=3HA+C3- （B）HB-+A-=HA+B2- （C）H3C+B2-=HB-+H2C-
（4）完成下列反应的离子方程式：
（A）H3C+OH-（过量）=_______________。（B）（过量）+C3-=________________。
10．250 mL pH=12的某一元强碱(MOH)溶液与250 mL 0.025 mol·L-1 的硫酸溶液相混合， 假设混合后液体体积为500 mL。试求：（1）混合液的pH；
（2）若原250 mL一元强碱中含溶质0.1 g, 则M的相对原子质量为多少
（3）若给混合液中分别滴入几滴甲基橙、无色酚酞、紫色石蕊试液，则溶液的颜色分别是什么
11．在25℃时，有pH为a的盐酸和pH为b的NaOH溶液，取VaL该盐酸，同该NaOH溶液中和，需Vb L NaOH溶液，填空：
（1）若a+b=14，则Va:Vb=____________（填数字）。
（2）若a+b=13，则Va:Vb=____________（填数字）。
（3）若a+b>14，则Va:Vb=_____________（填表达式），且Va_________ Vb（填：>、<、=）（题中a≤6、b≥8）。
课堂练习2答案：
1C，2A，3B，4B，5BC，6A，7B，8B。
9．（1）H2B。（2）C3-、HB- 。（3）B、C。（4）H3C+3OH- = C3-+3H2O， 2HA+C3-=2A-+H2C-。10．（1）pH=1.7；（2）Mr=23；（3）变红色、变无色、变红色。
11．（1）1；（2）0.1；（3）10a+b-14，>。
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