人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：13【基础】水的电离溶液的酸碱性与pH
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：13【基础】水的电离溶液的酸碱性与pH |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 65.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-07 12:46:03 | ||
图片预览
文档简介
水的电离 溶液的酸碱性与pH(基础)
【学习目标】
1、认识水的离子积常数，能进行溶液pH的简单计算；
2、初步掌握测定溶液pH的方法，知道溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用；
【要点梳理】
要点一、水的电离
1．水的电离
（1）水是一种极弱的电解质，它能微弱电离：2H2OH3O++OH― ΔH＞0。
（2）水的电离的特点
①水分子与水分子之间相互作用引起水的电离。
②极难电离，通常只有极少数水分子电离。
③由水电离出的H+和OH―数目相等。
④水的电离是吸热的、可逆的。
2．水的离子积常数
一定温度下，由水电离出的c(H+)与c(OH―)的乘积是一个常数，称为水的离子积常数，简称水的离子积，用KW表示。即KW=c(H+)·c(OH―)。25℃时，c(H+)=(OH―)=10―7 mol·L―1。25℃时，KW=1×10―14。
要点诠释：①KW与温度有关，随温度升高而逐渐增大。25℃时KW=1×10－14，100℃时KW=1×10－12。
②KW=1.0×10－14不仅适用于纯水（或其他中性溶液），也适用于酸、碱、盐的稀溶液。
③在不同溶液中c(H+)、c(OH―)可能不同，但任何溶液中由水电离的c(H+)与c(OH―)总是相等的。KW=c(H+)·c(OH―)式中，c(H+)、c(OH―)均表示整个溶液中总物质的量浓度。
④KW是有单位的，其单位为mol2·L―2，因其复杂通常省略。
3．影响水电离的因素。
（1）温度：由于水的电离吸热，温度越高，水的电离程度越大，KW越大，但仍为中性。
（2）酸、碱：在纯水中加入酸或碱，酸或碱电离出的H+或OH―会使水的电离平衡左移，从而抑制水的电离。
（3）易水解的盐：在纯水中加入能水解的盐，不管水解后溶液显什么性，均促进水的电离，使水的电离程度增大，但只要温度不变，KW不变。
（4）其他因素：如向水中加入活泼金属，由于与水电离出的H+直接作用，因而促进了水的电离平衡向电离的方向移动。
要点二、溶液的酸碱性与pH
1．溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中的c(H+)与c(OH―)的相对大小。在常温下，中性溶液：c(H+)=c(OH―)=1×10―7 mol/L；酸性溶液：c(H+)＞c(OH―)，c(H+)＞1×10―7 mol/L；碱性溶液：c(H+)＜c(OH―)，c(H+)＜1×10―7 mol/L。
要点诠释：（1）在酸、碱、盐的稀溶液中都存在着水的电离平衡，因此都存在着H+和OH―，只是其浓度可能相同或不同。
（2）在酸、碱、盐的稀溶液中，仍然有KW=c(H+)·c(OH―)这一关系，因此，已知c(H+)或c(OH―)，就可以通过KW来计算c(OH―)或c(H+)。如25℃时，0.01 mol·L―1盐酸中c(H+)=10―2 mol·L―1，则c(OH―)=10―12 mol·L―1；0.01 mol·L―1 NaOH溶液中c(OH―)=0.01 mol·L―1，则c(H+)=10―12 mol·L―1。
2．溶液的酸碱性与pH的关系（常温时）。
（1）pH：溶液的pH指的是用c(H+)的负常用对数来表示溶液的酸碱性强弱，即pH=―lg|c(H+)|。
（2）相互关系。
①中性溶液：c(H+)=c(OH－)=1×10―7 mol·L―1，pH=7。
②酸性溶液：c(H+)＞1×10―7 mol·L―1＞c(OH－)，pH＜7，酸性越强，pH越小。
③碱性溶液：c(H+)＜1×10―7 mol·L―1＜c(OH－)，pH＞7，碱性越强，pH越大。
常温下，溶液酸碱性与pH的关系如图所示：
3．溶液酸碱性判定规律。
（1）pH相同的酸（或碱），酸（或碱）性越弱，其物质的量浓度越大。
（2）pH相同的强酸和弱酸溶液，加水稀释相同的倍数，则强酸溶液pH变化大；碱也如此。
（3）酸与碱的pH之和为14，等体积混合。
①若为强酸与强碱，则pH=7；
②若为强酸与弱碱，则pH＞7；
③若为弱酸与强碱，则pH＜7。
（4）等体积强酸（pH1）和强碱（pH2）混合。
①若二者pH之和为14，则溶液呈中性，pH=7；
②若二者pH之和大于14，则溶液呈碱性；
③若二者pH之和小于14，则溶液呈酸性。
4．pH的测定方法。
（1）pH试纸的使用方法：把pH试纸放在洁净的干燥的表面皿（或玻璃片）上，用玻璃棒蘸取一滴待测液点在pH试纸的中部，待变色后与比色卡对比，读出pH（整数）。
要点诠释：①pH试纸不能伸入待测溶液中；②pH试纸不能事先润湿（若润湿相当于将溶液稀释了），测定pH是一个粗略实验；③pH只读到整数（如3，13）而不能读到小数（如3.1，12.7）。
（2）常用酸碱指示剂及其变色范围。
指示剂
变色范围的pH
石蕊
＜5.0红色
5.0～8.0紫色
＞8.0蓝色
甲基橙
＜3.1红色
3.1～4.4橙色
＞4.4黄色
酚酞
＜8.2无色
8.2～10.0粉红色
＞10.0红色
5．pH的应用
测试和调控溶液的pH，对工农业生产、科学研究，以及日常生活和医疗保健都具有重要意义。
（1）医疗上：当体内的酸碱平衡失调时，血液的pH是诊断疾病的一个重要参数，而利用药物调控pH则是辅助治疗的重要手段之一。
（2）生活中：人们洗发时用的护发素，其主要功能也是调节头发的pH使之达到适宜的酸碱度。
（3）在环保领域中，酸性或碱性废水处理常常利用中和反应，在中和处理的过程中可用pH自动测定仪进行监测和控制。
（4）农业生产中，因土壤pH影响植物对不同形态养分的吸收及养分的有效性，各种作物生长都对土壤的pH范围有一定的要求。
（5）在科学实验和工业生产中，溶液pH的控制常常是影响实验结果或产品质量、产量的一个关键因素。
要点三、pH的计算
1．单一溶液的pH计算。
（1）强酸溶液，如HnA，设浓度为c mol·L―1。
c(H+)=nc，pH=―lg{c(H+)}=―lgnc
（2）强碱溶液，如B(OH)n，设浓度为c mol·L―1。
，pH=―lg{c(H+)}=14+lgnc
2．混合计算
（1）加水稀释
（2）两强酸混合。
（3）两强碱混合。
（4）酸碱混合。
酸过量：
碱过量：
计算时应判断溶液的酸碱性，若为酸性，按H+计算；若为碱性，按OH－计算。原因是在酸性溶液中，OH－来自于水的电离，而冲稀或混合过程中，水的电离被破坏，OH－的量不再守恒。H+则考虑酸的电离而忽略水的电离。碱性溶液同理，只能首先计算OH－的变化。
3．酸碱稀释时pH变化规律。
（1）pH相同的强酸（碱）和弱酸（碱）稀释相同的倍数，强酸（碱）pH变化大。如pH=3的强酸和弱酸分别稀释100倍，稀释后强酸pH=5，弱酸pH＜5。
（2）pH相同的强酸（碱）和弱酸（碱），分别稀释到相同的pH，弱酸（碱）加水多。
（3）酸碱无限稀释时其pH→7。
[规律总结] 酸按酸、碱归碱；同强相混在中间、异强混合看过量，无限稀释7为限。
【典型例题】
类型一、水的电离和水的离子积
例1 25℃时，水的电离达到平衡：H2OH++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．向水中加入少量固体CH3COONa，平衡逆向移动，c(H+)降低
D．将水加热，KW增大，pH不变
【思路点拨】考查水的电离的影响因素。可以按上一个知识点中提到的知识，影响弱电解质电离的因素仍然适用于分析水的电离平衡的影响。
【答案】B
【解析】A项中向水中加入稀氨水后c(OH－)增大，A错；B项中向水中加入少量固体硫酸氢钠后，c(H+)增大，但KW不变，B正确；C项中加入少量固体CH3COONa后，因CH3COO－结合H+而使水的电离平衡正向移动，C错；将水加热后，KW增大，pH减少，但仍呈中性，D错。
【总结升华】酸、碱的加入对水的电离都有抑制作用，强酸弱碱盐、强碱弱酸盐、弱酸弱碱盐的加入以及升温都会对水的电离起促进作用。
举一反三：
【变式1】水的电离过程为H2OH++OH－，在不同温度下其平衡常数为：K（25℃）=1.0×10－14，K（35℃）=2.1×10－14，则下列叙述正确的是（ ）。
A．c(H+)随着温度的升高而降低
B．在35℃时，c(H+)＞c(OH－)
C．水的电离程度（25℃）＞（35℃）
D．水的电离是吸热的
【答案】D
类型二、溶液的酸碱性与pH
例2 .(2019 四中同步)下列溶液一定呈酸性的是（ ）
A．溶液中的c (H+)＜c (OH－) B．溶液中的c (H+)＞c (OH－)
C．溶液中c (H+)=1×10－6 mol / L D．pH＜7的溶液
【思路点拨】判断溶液的酸碱性，一定要注意温度。
【答案】B
【解析】溶液中的c (H+)＞c (OH－)，溶液一定呈酸性。溶液呈酸性时pH＜7或c (H+)＞1×10―7 mol / L，仅适用于室温时，若温度不确定，就不能判断溶液的酸碱性，C、D项错误。
【总结升华】关于溶液酸碱性的判断，根本问题是溶液中氢离子浓度及氢氧根溶液的相对大小；在温度不明确时，不能简单通过pH判断溶液酸碱性。
举一反三：
【变式1】常温下有三种溶液a、b、c，其中a的pH=5，b中c(H+)=1×10－4 mol/L，c中c(OH－)=10－11 mol/L，则三种溶液的酸性（ ）。
A．c溶液最强 B．c＞b＞a C．b溶液最强 D．b溶液最弱
【答案】AB
【变式2】（2019 四中同步）用pH试纸测定溶液的pH，正确操作是( )
A．将一小块试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照
B．将一小块试纸用蒸馏水润湿后放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照
C．将一小条试纸在待测液中蘸一下，取出后放在表面皿上，与标准比色卡对照
D．将一小条试纸先用蒸馏水润湿后，再在待测液中蘸一下，取出后与标准比色卡对照
【答案】A
【解析】A项，正确；B项，pH试纸不能预先用蒸馏水润湿，否则测酸溶液的pH时将会使所测pH偏大，测碱溶液的pH时将会使所测pH偏小，而对中性溶液不影响；C项，不能将pH试纸浸入到溶液中去测溶液的pH；D项明显不对。
类型三、溶液pH的计算
例3 常温下，某溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10－11 mol·L－1，则该溶液的pH可能是（ ）
A．3 B．7 C．8 D．11
【思路点拨】审题时注意题干中的“由水电离出”，因为酸、碱的存在都会对水的电离产生抑制作用。所以，这两个因素都应该考虑到。
【答案】A、D
【解析】据水的电离平衡H2OH++OH－知：由水电离产生的c(H+)=c(OH－)=1×10-11 mol·L－1，抑制水电离的原因是溶液中c(H+)或c(OH－)增大，若由于c(H+)增大，则该溶液中
（mol·L－1），即pH=3；若由于c(OH－)增大，则该溶液中（mol·L－1），即pH=11，故选A、D。
【总结升华】这类题目解决时要注意，究竟是什么原因引起水的电离度减小？是加酸还是加碱？因为加酸、加碱都会引起水的电离度减小，因此对于这样的题目要分成两种情况。无论哪种都以水电离出的离子为基准物，结合KW进行计算。
举一反三：
【变式1】（2019 四中同步）常温下，将0.1 mol / L氢氧化钠溶液与0.06 mol·L―1硫酸溶液等体积混合，该混合溶液的pH等于（ ）
A．1.7 B．2.0 C．12.0 D．12.4
【答案】B
【解析】，pH=2。
【变式2】25℃时，某溶液中由水电离产生的c(H+)和c(OH-)的乘积为1×10－18，下列说法正确的是
A．该溶液的pH一定是9
B．该溶液可能pH=5
C．该溶液的pH不可能是7
D．不会有这样的溶液
E．该溶液可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液
【答案】BCE
类型四、酸、碱混合时溶液pH、体积比的分析与计算
例4 25℃时，若体积Va、pH=a的某一元强酸与体积为Vb、pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，且已知Va＜Vb和a=0.5b。请填写下列空白。
（1）a值可否等于3？________（填“可”或“否”），其理由是________。
（2）a值可否等于5？________（填“可”或“否”），其理由是________。
（3）a的取值范围是________。
【思路点拨】本题属于强酸强碱的中和反应，混合后溶液必然呈中性，即氢离子浓度和氢氧根浓度相同。另外再结合a=0.5b解答。
【答案】（1）否 答案见解析 （2）否 答案见解析。 （3）
【解析】（1）若a=3，由a=0.5b可知b=6，与题设pH=b的一元强碱矛盾。
（2）若a=5，则b=10，c(OH－)b=10－4 mol·L－1，中和时，应该有Vac(H+)a=Vbc(OH－)b，即，与题设Va＜Vb不符。
（3）由题设，可得：，即a+b－14＜0。又a=0.5b，故3a＜14，。
又一元强碱pH=b=2a＞7，所以。
故a的取值范围为：。
【总结升华】本题的三个设问由易到难，在方法上相互关联，在能力层次上梯次上升，且与数学思想和方法（不等式）关系密切，充分考查思维的严密性和表述的规范性。
举一反三：
【变式1】25℃、101 kPa时，若pH=a的10体积的某强酸溶液与pH=b的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（ ）
A．a+b=14 B．a+b=13 C．a+b=15 D．a+b=7
【答案】C
【巩固练习】
1．（2019 人大附中）下列说法正确的是( )
A．强碱的水溶液中不存在H＋
B．pH＝0的溶液是酸性最强的溶液
C．在温度不变时，水溶液中c(H＋)和c(OH－)不能同时增大
D．某温度下，纯水中c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，其呈酸性
2．某温度时，测得纯水中c(H+)=2.4×10－7 mol/L，则c(OH－)为（ ）
A．2.4×10－7 mol/L B．1.0×10－7 moL/L
C． D．无法确定
3．判断溶液的酸碱性有多种方法。下列溶液中，一定呈碱性的是（ ）。
A．能够使甲基橙呈现黄色
B．溶液的pH＞7
C．溶液中c(H+)＜c(OH－)
D．溶液中c(H+)＞1×10－7 mol·L－1
4．(2019 海淀期中)有关常温下pH均为3的醋酸和硫酸的说法正确的是( )
A.两种溶液中,由水电离出的氢离子浓度均为1×10-11 mol·L-1
B.分别加水稀释100倍后,两种溶液的pH仍相同
C.醋酸中的c(CH3COO-)和硫酸中的c(SO42-)相等
D.分别加入足量锌片,两种溶液生成H2的体积相同
5．(2019 辽宁大连)常温下，将下列两种溶液等体积混合，其中溶液的pH可能等于7的有( )
①pH＝2的盐酸和pH＝12的氨水
②pH＝2的醋酸和pH＝12的NaOH溶液
③pH＝2的盐酸和pH＝12的某碱溶液
④pH＝2的某酸溶液和pH＝12的NaOH溶液
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
6．将纯水加热至较高温度，下列叙述正确的是（ ）
A．水的离子积变大、pH变小、呈酸性
B．水的离子积不变、pH不变、呈中性
C．水的离子积变小、pH变大、呈碱性
D．水的离子积变大、pH变小、呈中性
7．将pH＝3的H2SO4溶液和pH＝12的NaOH溶液混合，当混合溶液的pH＝10时，强酸和强碱的体积之比为( )。
A．1∶9 B．9∶1 C．10∶1 D．1∶10
8．下列4种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比是（ ）
①pH=0的盐酸 ②0.1 mol·L－1的盐酸 ③0.01 mol·L－1的NaOH溶液 ④pH为11 的NaOH溶液
A．1∶10∶100∶100 B．0∶1∶12∶11 C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
9．pH相同的醋酸和盐酸，分别用蒸馏水稀释至原体积的m倍和n倍，稀释后溶液的pH仍然相等，则m和n的关系是（ ）
A．m=n B．m＞n C．m＜n D．无法确定
10．（2019 河南罗山高中）下列叙述正确的是（ ）
A．将pH＝2 H2SO4与pH＝12 NH3·H2O溶液等体积混合后，混合液pH＜7
B．将pH＝12 Ba(OH)2与pH＝14 NaOH溶液等体积混合后，混合液13＜pH＜14
C．将pH＝13 Ba(OH)2与pH＝1 HCl溶液等体积混合后，混合液的pH＞7
D．某温度下水的离子积为1×10－12，若使pH＝1 H2SO4与pH＝12 NaOH溶液混合后溶液呈中性，则两者的体积比为1∶10
11．取浓度相同的NaOH和HCl溶液，以3∶2体积比相混合，所得溶液的pH等于12，则原溶液的浓度为（ ）
A．0.01 mol·L―1 B．0.01 mol·L―1 C．0.05 mol·L―1 D．0.50 mol·L―1
二、填空题
1．当把两种水（D2O、H2O）混合在一起，则混合后溶液中存在的分子为________，存在的阳离子为________（写成水合离子的形式），存在的阴离子为________。两种水的电离方程式为________。
2．有pH=12的NaOH溶液100 mL，要使它的pH降为11。
（1）若加入蒸馏水，应加________mL。
（2）若加入pH为10的NaOH溶液，应加________mL。
（3）若加入0.01 mol/L的盐酸，应加________mL。
3．有一学生在实验室测某溶液的pH。实验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。
（1）该学生的操作是________（填“正确的”或“错误的”），其理由是________。
（2）如不正确，请分析是否一定有误差。
（3）若用此法分别测定c(H+)相等的盐酸和醋酸溶液的pH，误差较大的是________，原因是________。
4．在25℃时，有pH=a的盐酸与pH=b的氢氧化钠溶液，取Va L盐酸和Vb L氢氧化钠溶液恰好完全中和。讨论：
（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“＜”“＞”或“＝”）。
（4）若a+b=15，则Va/Vb=________。
【答案与解析】
1．C
【解析】在酸性或碱性水溶液中均存在H＋和OH－，所以A错；pH＝0的溶液中c(H＋)＝1.0 mol·L－1，并不是酸性最强的溶液，只是c(H＋)>1.0 mol·L－1的溶液用pH表示酸性强弱不再方便，故B错；温度一定时，
Kw＝c(H＋)·c(OH－)是一个定值，故二者不能同时增大，故C对；纯水中，c(H＋)＝c(OH－)，呈中性，所以D错误。
2．A
【解析】根据纯水中c(H+)=c(OH－)判断A选项为正确答案。解答本题时应注意克服思维定式，因此时温度并非是常温，故KW不再为1.0×10－14。
3．C
【解析】甲基橙的变色范围是3.1～4.4，即pH＜3.1时呈现红色，3.1＜pH＜4.4时，呈现橙色，pH＞4.4时呈现黄色。所以，甲基橙呈现黄色的溶液可能是酸性、中性或碱性。溶液的pH与温度有关，常温下pH＞7的溶液一定是碱性的，但在低于常温的情况下就不一定了。温度不同，c(H+)＞1×10－7 mol·L－1的溶液的酸碱性也不同。
4．A
【解析】酸溶液中氢氧根离子全部来自于水的电离,氢离子浓度相同的情况下,氢氧根离子浓度也相同,则由水电离出的氢氧根离子浓度也相同。
5．B
【解析】①弱碱剩余，②弱酸剩余，所得溶液的pH不等于7；③④两种情况下，若为强酸和强碱反应，则溶液的pH为7。
6．D
【解析】水的电离是一个吸热过程，升温有利于其电离，但是促进电离后c(H+)和c(OH―)同时增大，所以纯水仍呈中性，由于c(H+)增大，c(OH―)增大，所以其离子积增大，pH减小，选D。
7．B
8．A
【解析】此题未指明温度，则按25℃时计算，KW=1×10―14。酸溶液中由水电离出的c(H+)等于该溶液中的c(OH―)，所以，①c(H+)=1 mol·L―1，由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH―)相等，等于10―14 mol·L―1；②c(H+)=0.1 mol·L―1，则由水电离出的c(H+)=10―13 mol·L―1；碱溶液中由水电离出的c(H+)等于该溶液中的c(H+)，所以，③c(OH―)=0.01 mol·L―1，由水电离出的c(H+)=10―12 mol·L―1；④由水电离出的c(H+)=10―11 mol·L―1。即四种溶液中由水电离出的c(H+)之比为10―14∶10―13∶10―12∶10―11=1∶10∶100∶1000。
9．B
【解析】醋酸是弱酸，盐酸是强酸，开始二者的H+浓度相等，盐酸中没有电解质分子，而醋酸中还有没有电离的CH3COOH，在稀释过程中会继续电离出H+，所以稀释后溶液中H+浓度相等，醋酸的稀释倍数一定比盐酸的稀释倍数大。
10．B
【解析】NH3·H2O为弱碱，当等体积混合时NH3·H2O过量，呈碱性，故A项错误；B项正确；C项恰好中和，呈中性，错误；D项体积比应为10∶1，错误。
11．C
【解析】设原溶液物质的量浓度为c，V (NaOH)=3 L，V (HCl)=2 L。二者混合后反应，混合溶液体积为5 L，所得溶液pH=12。则c(OH―)=10―2 mol·L―1，3 L×c―2 L×c=10―2 mol·L―1×5 L，则c=0.05 mol·L―1。
二、填空题
1．D2O、H2O、HDO D3O+、H3O+、H2DO+、HD2O+ OH－、OD－ D2OD++OD－ H2OH++OH－
2．（1）900 （2）1000 （3）81.8
【解析】本题考查了溶液稀释的三种方法：加水稀释；加入更稀的溶液稀释；加入能消耗溶质的溶液稀释。
（1）加水稀释pH=12的NaOH溶液至pH=11，应使体积增大为原来的10倍，所以需加水900 mL。
（2）设需pH=10的NaOH溶液体积为V，那么：
，
V=1 L=1000 mL
（3）设需0.01 mol/L的盐酸体积为V，那么：
，
V=81.8 mL。
3．（1）错误的 用湿润的pH试纸来测定pH，相当于将溶液稀释了，测出的不是原溶液的pH。若溶液不显中性，就会产生误差 （2）不一定有误差，当溶液为中性时则不产生误差。 （3）盐酸的pH 因为在稀释过程中醋酸继续电离产生H+，使得溶液中c(H+)的变化较盐酸溶液中小，误差较小
4．（1）1 （2） （3） ＞ （4）10
【解析】OH―+H+==H2O，完全中和应满足：c(HCl)·Va=c(NaOH)·Vb；
；
（1）若a+b=14，则Va/Vb=1；
（2）若a+b=13，则Va/Vb=；
（3）若a+b＞14，则Va/Vb＞1；
（4）若a+b=15，则Va/Vb=10。
【学习目标】
1、认识水的离子积常数，能进行溶液pH的简单计算；
2、初步掌握测定溶液pH的方法，知道溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用；
【要点梳理】
要点一、水的电离
1．水的电离
（1）水是一种极弱的电解质，它能微弱电离：2H2OH3O++OH― ΔH＞0。
（2）水的电离的特点
①水分子与水分子之间相互作用引起水的电离。
②极难电离，通常只有极少数水分子电离。
③由水电离出的H+和OH―数目相等。
④水的电离是吸热的、可逆的。
2．水的离子积常数
一定温度下，由水电离出的c(H+)与c(OH―)的乘积是一个常数，称为水的离子积常数，简称水的离子积，用KW表示。即KW=c(H+)·c(OH―)。25℃时，c(H+)=(OH―)=10―7 mol·L―1。25℃时，KW=1×10―14。
要点诠释：①KW与温度有关，随温度升高而逐渐增大。25℃时KW=1×10－14，100℃时KW=1×10－12。
②KW=1.0×10－14不仅适用于纯水（或其他中性溶液），也适用于酸、碱、盐的稀溶液。
③在不同溶液中c(H+)、c(OH―)可能不同，但任何溶液中由水电离的c(H+)与c(OH―)总是相等的。KW=c(H+)·c(OH―)式中，c(H+)、c(OH―)均表示整个溶液中总物质的量浓度。
④KW是有单位的，其单位为mol2·L―2，因其复杂通常省略。
3．影响水电离的因素。
（1）温度：由于水的电离吸热，温度越高，水的电离程度越大，KW越大，但仍为中性。
（2）酸、碱：在纯水中加入酸或碱，酸或碱电离出的H+或OH―会使水的电离平衡左移，从而抑制水的电离。
（3）易水解的盐：在纯水中加入能水解的盐，不管水解后溶液显什么性，均促进水的电离，使水的电离程度增大，但只要温度不变，KW不变。
（4）其他因素：如向水中加入活泼金属，由于与水电离出的H+直接作用，因而促进了水的电离平衡向电离的方向移动。
要点二、溶液的酸碱性与pH
1．溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中的c(H+)与c(OH―)的相对大小。在常温下，中性溶液：c(H+)=c(OH―)=1×10―7 mol/L；酸性溶液：c(H+)＞c(OH―)，c(H+)＞1×10―7 mol/L；碱性溶液：c(H+)＜c(OH―)，c(H+)＜1×10―7 mol/L。
要点诠释：（1）在酸、碱、盐的稀溶液中都存在着水的电离平衡，因此都存在着H+和OH―，只是其浓度可能相同或不同。
（2）在酸、碱、盐的稀溶液中，仍然有KW=c(H+)·c(OH―)这一关系，因此，已知c(H+)或c(OH―)，就可以通过KW来计算c(OH―)或c(H+)。如25℃时，0.01 mol·L―1盐酸中c(H+)=10―2 mol·L―1，则c(OH―)=10―12 mol·L―1；0.01 mol·L―1 NaOH溶液中c(OH―)=0.01 mol·L―1，则c(H+)=10―12 mol·L―1。
2．溶液的酸碱性与pH的关系（常温时）。
（1）pH：溶液的pH指的是用c(H+)的负常用对数来表示溶液的酸碱性强弱，即pH=―lg|c(H+)|。
（2）相互关系。
①中性溶液：c(H+)=c(OH－)=1×10―7 mol·L―1，pH=7。
②酸性溶液：c(H+)＞1×10―7 mol·L―1＞c(OH－)，pH＜7，酸性越强，pH越小。
③碱性溶液：c(H+)＜1×10―7 mol·L―1＜c(OH－)，pH＞7，碱性越强，pH越大。
常温下，溶液酸碱性与pH的关系如图所示：
3．溶液酸碱性判定规律。
（1）pH相同的酸（或碱），酸（或碱）性越弱，其物质的量浓度越大。
（2）pH相同的强酸和弱酸溶液，加水稀释相同的倍数，则强酸溶液pH变化大；碱也如此。
（3）酸与碱的pH之和为14，等体积混合。
①若为强酸与强碱，则pH=7；
②若为强酸与弱碱，则pH＞7；
③若为弱酸与强碱，则pH＜7。
（4）等体积强酸（pH1）和强碱（pH2）混合。
①若二者pH之和为14，则溶液呈中性，pH=7；
②若二者pH之和大于14，则溶液呈碱性；
③若二者pH之和小于14，则溶液呈酸性。
4．pH的测定方法。
（1）pH试纸的使用方法：把pH试纸放在洁净的干燥的表面皿（或玻璃片）上，用玻璃棒蘸取一滴待测液点在pH试纸的中部，待变色后与比色卡对比，读出pH（整数）。
要点诠释：①pH试纸不能伸入待测溶液中；②pH试纸不能事先润湿（若润湿相当于将溶液稀释了），测定pH是一个粗略实验；③pH只读到整数（如3，13）而不能读到小数（如3.1，12.7）。
（2）常用酸碱指示剂及其变色范围。
指示剂
变色范围的pH
石蕊
＜5.0红色
5.0～8.0紫色
＞8.0蓝色
甲基橙
＜3.1红色
3.1～4.4橙色
＞4.4黄色
酚酞
＜8.2无色
8.2～10.0粉红色
＞10.0红色
5．pH的应用
测试和调控溶液的pH，对工农业生产、科学研究，以及日常生活和医疗保健都具有重要意义。
（1）医疗上：当体内的酸碱平衡失调时，血液的pH是诊断疾病的一个重要参数，而利用药物调控pH则是辅助治疗的重要手段之一。
（2）生活中：人们洗发时用的护发素，其主要功能也是调节头发的pH使之达到适宜的酸碱度。
（3）在环保领域中，酸性或碱性废水处理常常利用中和反应，在中和处理的过程中可用pH自动测定仪进行监测和控制。
（4）农业生产中，因土壤pH影响植物对不同形态养分的吸收及养分的有效性，各种作物生长都对土壤的pH范围有一定的要求。
（5）在科学实验和工业生产中，溶液pH的控制常常是影响实验结果或产品质量、产量的一个关键因素。
要点三、pH的计算
1．单一溶液的pH计算。
（1）强酸溶液，如HnA，设浓度为c mol·L―1。
c(H+)=nc，pH=―lg{c(H+)}=―lgnc
（2）强碱溶液，如B(OH)n，设浓度为c mol·L―1。
，pH=―lg{c(H+)}=14+lgnc
2．混合计算
（1）加水稀释
（2）两强酸混合。
（3）两强碱混合。
（4）酸碱混合。
酸过量：
碱过量：
计算时应判断溶液的酸碱性，若为酸性，按H+计算；若为碱性，按OH－计算。原因是在酸性溶液中，OH－来自于水的电离，而冲稀或混合过程中，水的电离被破坏，OH－的量不再守恒。H+则考虑酸的电离而忽略水的电离。碱性溶液同理，只能首先计算OH－的变化。
3．酸碱稀释时pH变化规律。
（1）pH相同的强酸（碱）和弱酸（碱）稀释相同的倍数，强酸（碱）pH变化大。如pH=3的强酸和弱酸分别稀释100倍，稀释后强酸pH=5，弱酸pH＜5。
（2）pH相同的强酸（碱）和弱酸（碱），分别稀释到相同的pH，弱酸（碱）加水多。
（3）酸碱无限稀释时其pH→7。
[规律总结] 酸按酸、碱归碱；同强相混在中间、异强混合看过量，无限稀释7为限。
【典型例题】
类型一、水的电离和水的离子积
例1 25℃时，水的电离达到平衡：H2OH++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．向水中加入少量固体CH3COONa，平衡逆向移动，c(H+)降低
D．将水加热，KW增大，pH不变
【思路点拨】考查水的电离的影响因素。可以按上一个知识点中提到的知识，影响弱电解质电离的因素仍然适用于分析水的电离平衡的影响。
【答案】B
【解析】A项中向水中加入稀氨水后c(OH－)增大，A错；B项中向水中加入少量固体硫酸氢钠后，c(H+)增大，但KW不变，B正确；C项中加入少量固体CH3COONa后，因CH3COO－结合H+而使水的电离平衡正向移动，C错；将水加热后，KW增大，pH减少，但仍呈中性，D错。
【总结升华】酸、碱的加入对水的电离都有抑制作用，强酸弱碱盐、强碱弱酸盐、弱酸弱碱盐的加入以及升温都会对水的电离起促进作用。
举一反三：
【变式1】水的电离过程为H2OH++OH－，在不同温度下其平衡常数为：K（25℃）=1.0×10－14，K（35℃）=2.1×10－14，则下列叙述正确的是（ ）。
A．c(H+)随着温度的升高而降低
B．在35℃时，c(H+)＞c(OH－)
C．水的电离程度（25℃）＞（35℃）
D．水的电离是吸热的
【答案】D
类型二、溶液的酸碱性与pH
例2 .(2019 四中同步)下列溶液一定呈酸性的是（ ）
A．溶液中的c (H+)＜c (OH－) B．溶液中的c (H+)＞c (OH－)
C．溶液中c (H+)=1×10－6 mol / L D．pH＜7的溶液
【思路点拨】判断溶液的酸碱性，一定要注意温度。
【答案】B
【解析】溶液中的c (H+)＞c (OH－)，溶液一定呈酸性。溶液呈酸性时pH＜7或c (H+)＞1×10―7 mol / L，仅适用于室温时，若温度不确定，就不能判断溶液的酸碱性，C、D项错误。
【总结升华】关于溶液酸碱性的判断，根本问题是溶液中氢离子浓度及氢氧根溶液的相对大小；在温度不明确时，不能简单通过pH判断溶液酸碱性。
举一反三：
【变式1】常温下有三种溶液a、b、c，其中a的pH=5，b中c(H+)=1×10－4 mol/L，c中c(OH－)=10－11 mol/L，则三种溶液的酸性（ ）。
A．c溶液最强 B．c＞b＞a C．b溶液最强 D．b溶液最弱
【答案】AB
【变式2】（2019 四中同步）用pH试纸测定溶液的pH，正确操作是( )
A．将一小块试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照
B．将一小块试纸用蒸馏水润湿后放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上，再与标准比色卡对照
C．将一小条试纸在待测液中蘸一下，取出后放在表面皿上，与标准比色卡对照
D．将一小条试纸先用蒸馏水润湿后，再在待测液中蘸一下，取出后与标准比色卡对照
【答案】A
【解析】A项，正确；B项，pH试纸不能预先用蒸馏水润湿，否则测酸溶液的pH时将会使所测pH偏大，测碱溶液的pH时将会使所测pH偏小，而对中性溶液不影响；C项，不能将pH试纸浸入到溶液中去测溶液的pH；D项明显不对。
类型三、溶液pH的计算
例3 常温下，某溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10－11 mol·L－1，则该溶液的pH可能是（ ）
A．3 B．7 C．8 D．11
【思路点拨】审题时注意题干中的“由水电离出”，因为酸、碱的存在都会对水的电离产生抑制作用。所以，这两个因素都应该考虑到。
【答案】A、D
【解析】据水的电离平衡H2OH++OH－知：由水电离产生的c(H+)=c(OH－)=1×10-11 mol·L－1，抑制水电离的原因是溶液中c(H+)或c(OH－)增大，若由于c(H+)增大，则该溶液中
（mol·L－1），即pH=3；若由于c(OH－)增大，则该溶液中（mol·L－1），即pH=11，故选A、D。
【总结升华】这类题目解决时要注意，究竟是什么原因引起水的电离度减小？是加酸还是加碱？因为加酸、加碱都会引起水的电离度减小，因此对于这样的题目要分成两种情况。无论哪种都以水电离出的离子为基准物，结合KW进行计算。
举一反三：
【变式1】（2019 四中同步）常温下，将0.1 mol / L氢氧化钠溶液与0.06 mol·L―1硫酸溶液等体积混合，该混合溶液的pH等于（ ）
A．1.7 B．2.0 C．12.0 D．12.4
【答案】B
【解析】，pH=2。
【变式2】25℃时，某溶液中由水电离产生的c(H+)和c(OH-)的乘积为1×10－18，下列说法正确的是
A．该溶液的pH一定是9
B．该溶液可能pH=5
C．该溶液的pH不可能是7
D．不会有这样的溶液
E．该溶液可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液
【答案】BCE
类型四、酸、碱混合时溶液pH、体积比的分析与计算
例4 25℃时，若体积Va、pH=a的某一元强酸与体积为Vb、pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，且已知Va＜Vb和a=0.5b。请填写下列空白。
（1）a值可否等于3？________（填“可”或“否”），其理由是________。
（2）a值可否等于5？________（填“可”或“否”），其理由是________。
（3）a的取值范围是________。
【思路点拨】本题属于强酸强碱的中和反应，混合后溶液必然呈中性，即氢离子浓度和氢氧根浓度相同。另外再结合a=0.5b解答。
【答案】（1）否 答案见解析 （2）否 答案见解析。 （3）
【解析】（1）若a=3，由a=0.5b可知b=6，与题设pH=b的一元强碱矛盾。
（2）若a=5，则b=10，c(OH－)b=10－4 mol·L－1，中和时，应该有Vac(H+)a=Vbc(OH－)b，即，与题设Va＜Vb不符。
（3）由题设，可得：，即a+b－14＜0。又a=0.5b，故3a＜14，。
又一元强碱pH=b=2a＞7，所以。
故a的取值范围为：。
【总结升华】本题的三个设问由易到难，在方法上相互关联，在能力层次上梯次上升，且与数学思想和方法（不等式）关系密切，充分考查思维的严密性和表述的规范性。
举一反三：
【变式1】25℃、101 kPa时，若pH=a的10体积的某强酸溶液与pH=b的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（ ）
A．a+b=14 B．a+b=13 C．a+b=15 D．a+b=7
【答案】C
【巩固练习】
1．（2019 人大附中）下列说法正确的是( )
A．强碱的水溶液中不存在H＋
B．pH＝0的溶液是酸性最强的溶液
C．在温度不变时，水溶液中c(H＋)和c(OH－)不能同时增大
D．某温度下，纯水中c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，其呈酸性
2．某温度时，测得纯水中c(H+)=2.4×10－7 mol/L，则c(OH－)为（ ）
A．2.4×10－7 mol/L B．1.0×10－7 moL/L
C． D．无法确定
3．判断溶液的酸碱性有多种方法。下列溶液中，一定呈碱性的是（ ）。
A．能够使甲基橙呈现黄色
B．溶液的pH＞7
C．溶液中c(H+)＜c(OH－)
D．溶液中c(H+)＞1×10－7 mol·L－1
4．(2019 海淀期中)有关常温下pH均为3的醋酸和硫酸的说法正确的是( )
A.两种溶液中,由水电离出的氢离子浓度均为1×10-11 mol·L-1
B.分别加水稀释100倍后,两种溶液的pH仍相同
C.醋酸中的c(CH3COO-)和硫酸中的c(SO42-)相等
D.分别加入足量锌片,两种溶液生成H2的体积相同
5．(2019 辽宁大连)常温下，将下列两种溶液等体积混合，其中溶液的pH可能等于7的有( )
①pH＝2的盐酸和pH＝12的氨水
②pH＝2的醋酸和pH＝12的NaOH溶液
③pH＝2的盐酸和pH＝12的某碱溶液
④pH＝2的某酸溶液和pH＝12的NaOH溶液
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
6．将纯水加热至较高温度，下列叙述正确的是（ ）
A．水的离子积变大、pH变小、呈酸性
B．水的离子积不变、pH不变、呈中性
C．水的离子积变小、pH变大、呈碱性
D．水的离子积变大、pH变小、呈中性
7．将pH＝3的H2SO4溶液和pH＝12的NaOH溶液混合，当混合溶液的pH＝10时，强酸和强碱的体积之比为( )。
A．1∶9 B．9∶1 C．10∶1 D．1∶10
8．下列4种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比是（ ）
①pH=0的盐酸 ②0.1 mol·L－1的盐酸 ③0.01 mol·L－1的NaOH溶液 ④pH为11 的NaOH溶液
A．1∶10∶100∶100 B．0∶1∶12∶11 C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
9．pH相同的醋酸和盐酸，分别用蒸馏水稀释至原体积的m倍和n倍，稀释后溶液的pH仍然相等，则m和n的关系是（ ）
A．m=n B．m＞n C．m＜n D．无法确定
10．（2019 河南罗山高中）下列叙述正确的是（ ）
A．将pH＝2 H2SO4与pH＝12 NH3·H2O溶液等体积混合后，混合液pH＜7
B．将pH＝12 Ba(OH)2与pH＝14 NaOH溶液等体积混合后，混合液13＜pH＜14
C．将pH＝13 Ba(OH)2与pH＝1 HCl溶液等体积混合后，混合液的pH＞7
D．某温度下水的离子积为1×10－12，若使pH＝1 H2SO4与pH＝12 NaOH溶液混合后溶液呈中性，则两者的体积比为1∶10
11．取浓度相同的NaOH和HCl溶液，以3∶2体积比相混合，所得溶液的pH等于12，则原溶液的浓度为（ ）
A．0.01 mol·L―1 B．0.01 mol·L―1 C．0.05 mol·L―1 D．0.50 mol·L―1
二、填空题
1．当把两种水（D2O、H2O）混合在一起，则混合后溶液中存在的分子为________，存在的阳离子为________（写成水合离子的形式），存在的阴离子为________。两种水的电离方程式为________。
2．有pH=12的NaOH溶液100 mL，要使它的pH降为11。
（1）若加入蒸馏水，应加________mL。
（2）若加入pH为10的NaOH溶液，应加________mL。
（3）若加入0.01 mol/L的盐酸，应加________mL。
3．有一学生在实验室测某溶液的pH。实验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。
（1）该学生的操作是________（填“正确的”或“错误的”），其理由是________。
（2）如不正确，请分析是否一定有误差。
（3）若用此法分别测定c(H+)相等的盐酸和醋酸溶液的pH，误差较大的是________，原因是________。
4．在25℃时，有pH=a的盐酸与pH=b的氢氧化钠溶液，取Va L盐酸和Vb L氢氧化钠溶液恰好完全中和。讨论：
（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“＜”“＞”或“＝”）。
（4）若a+b=15，则Va/Vb=________。
【答案与解析】
1．C
【解析】在酸性或碱性水溶液中均存在H＋和OH－，所以A错；pH＝0的溶液中c(H＋)＝1.0 mol·L－1，并不是酸性最强的溶液，只是c(H＋)>1.0 mol·L－1的溶液用pH表示酸性强弱不再方便，故B错；温度一定时，
Kw＝c(H＋)·c(OH－)是一个定值，故二者不能同时增大，故C对；纯水中，c(H＋)＝c(OH－)，呈中性，所以D错误。
2．A
【解析】根据纯水中c(H+)=c(OH－)判断A选项为正确答案。解答本题时应注意克服思维定式，因此时温度并非是常温，故KW不再为1.0×10－14。
3．C
【解析】甲基橙的变色范围是3.1～4.4，即pH＜3.1时呈现红色，3.1＜pH＜4.4时，呈现橙色，pH＞4.4时呈现黄色。所以，甲基橙呈现黄色的溶液可能是酸性、中性或碱性。溶液的pH与温度有关，常温下pH＞7的溶液一定是碱性的，但在低于常温的情况下就不一定了。温度不同，c(H+)＞1×10－7 mol·L－1的溶液的酸碱性也不同。
4．A
【解析】酸溶液中氢氧根离子全部来自于水的电离,氢离子浓度相同的情况下,氢氧根离子浓度也相同,则由水电离出的氢氧根离子浓度也相同。
5．B
【解析】①弱碱剩余，②弱酸剩余，所得溶液的pH不等于7；③④两种情况下，若为强酸和强碱反应，则溶液的pH为7。
6．D
【解析】水的电离是一个吸热过程，升温有利于其电离，但是促进电离后c(H+)和c(OH―)同时增大，所以纯水仍呈中性，由于c(H+)增大，c(OH―)增大，所以其离子积增大，pH减小，选D。
7．B
8．A
【解析】此题未指明温度，则按25℃时计算，KW=1×10―14。酸溶液中由水电离出的c(H+)等于该溶液中的c(OH―)，所以，①c(H+)=1 mol·L―1，由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH―)相等，等于10―14 mol·L―1；②c(H+)=0.1 mol·L―1，则由水电离出的c(H+)=10―13 mol·L―1；碱溶液中由水电离出的c(H+)等于该溶液中的c(H+)，所以，③c(OH―)=0.01 mol·L―1，由水电离出的c(H+)=10―12 mol·L―1；④由水电离出的c(H+)=10―11 mol·L―1。即四种溶液中由水电离出的c(H+)之比为10―14∶10―13∶10―12∶10―11=1∶10∶100∶1000。
9．B
【解析】醋酸是弱酸，盐酸是强酸，开始二者的H+浓度相等，盐酸中没有电解质分子，而醋酸中还有没有电离的CH3COOH，在稀释过程中会继续电离出H+，所以稀释后溶液中H+浓度相等，醋酸的稀释倍数一定比盐酸的稀释倍数大。
10．B
【解析】NH3·H2O为弱碱，当等体积混合时NH3·H2O过量，呈碱性，故A项错误；B项正确；C项恰好中和，呈中性，错误；D项体积比应为10∶1，错误。
11．C
【解析】设原溶液物质的量浓度为c，V (NaOH)=3 L，V (HCl)=2 L。二者混合后反应，混合溶液体积为5 L，所得溶液pH=12。则c(OH―)=10―2 mol·L―1，3 L×c―2 L×c=10―2 mol·L―1×5 L，则c=0.05 mol·L―1。
二、填空题
1．D2O、H2O、HDO D3O+、H3O+、H2DO+、HD2O+ OH－、OD－ D2OD++OD－ H2OH++OH－
2．（1）900 （2）1000 （3）81.8
【解析】本题考查了溶液稀释的三种方法：加水稀释；加入更稀的溶液稀释；加入能消耗溶质的溶液稀释。
（1）加水稀释pH=12的NaOH溶液至pH=11，应使体积增大为原来的10倍，所以需加水900 mL。
（2）设需pH=10的NaOH溶液体积为V，那么：
，
V=1 L=1000 mL
（3）设需0.01 mol/L的盐酸体积为V，那么：
，
V=81.8 mL。
3．（1）错误的 用湿润的pH试纸来测定pH，相当于将溶液稀释了，测出的不是原溶液的pH。若溶液不显中性，就会产生误差 （2）不一定有误差，当溶液为中性时则不产生误差。 （3）盐酸的pH 因为在稀释过程中醋酸继续电离产生H+，使得溶液中c(H+)的变化较盐酸溶液中小，误差较小
4．（1）1 （2） （3） ＞ （4）10
【解析】OH―+H+==H2O，完全中和应满足：c(HCl)·Va=c(NaOH)·Vb；
；
（1）若a+b=14，则Va/Vb=1；
（2）若a+b=13，则Va/Vb=；
（3）若a+b＞14，则Va/Vb＞1；
（4）若a+b=15，则Va/Vb=10。