2019高中化学 水的电离溶液的酸碱性与pH（提高）知识讲解学案 新人教版选修4.doc

1水的电离水的电离 溶液的酸碱性与溶液的酸碱性与 pHpH【学习目标学习目标】 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； 【要点梳理要点梳理】 要点一、水的电离要点一、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：2H2O H3O+OH H0。 （2）水的电离的特点 水分子与水分子之间相互作用引起水的电离。 极难电离，通常只有极少数水分子电离。 由水电离出的 H+和 OH数目相等。 水的电离是吸热的、可逆的。 【高清课堂：高清课堂：水的电离溶液的酸碱性与 pH】 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)=107 mol·L1。25时，KW=1×1014。 要点诠释：要点诠释：KW与温度有关，随温度升高而逐渐增大。25时 KW=1×1014，100时 KW=1×1012。 KW=1.0×1014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。 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。 KW是有单位的，其单位为 mol2·L2，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、溶液的酸碱性与要点二、溶液的酸碱性与 pHpH 【高清课堂：高清课堂：水的电离溶液的酸碱性与 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)=1×107 mol/L；酸性溶液：c(H+)c(OH)，c(H+)1×107 mol/L；碱性溶液：c(H+)c(OH)，c(H+)1×107 mol/L。 要点诠释：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·L1盐酸中 c(H+)=102 mol·L1，则 c(OH)=1012 mol·L1；0.01 mol·L1 NaOH 溶液中 c(OH)=0.01 mol·L1，则 c(H+)=1012 mol·L1。 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。2中性溶液：c(H+)=c(OH)=1×107 mol·L1，pH=7。 酸性溶液：c(H+)1×107 mol·L1c(OH)，pH7，酸性越强，pH 越小。 碱性溶液：c(H+)1×107 mol·L1c(OH)，pH7，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。若为强酸与强碱，则 pH=7；若为强酸与弱碱，则 pH7；若为弱酸与强碱，则 pH7。（4）等体积强酸（pH1）和强碱（pH2）混合。若二者 pH 之和为 14，则溶液呈中性，pH=7；若二者 pH 之和大于 14，则溶液呈碱性；若二者 pH 之和小于 14，则溶液呈酸性。4pH 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：要点诠释：pH 试纸不能伸入待测溶液中；pH 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；pH 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5.08.0 紫色8.0 蓝色甲基橙3.1 红色3.14.4 橙色4.4 黄色酚酞8.2 无色8.210.0 粉红色10.0 红色5pH 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、要点三、pHpH 的计算的计算 1单一溶液的 pH 计算。 （1）强酸溶液，如 HnA，设浓度为c mol·L1。 c(H+)=nc，pH=lgc(H+)=lgnc （2）强碱溶液，如 B(OH)n，设浓度为c mol·L1。31410(H )cnc ，pH=lgc(H+)=14+lgnc2混合计算（1）加水稀释(H )() (H )pH(OH )(OH )() (OH )(H )pHcVcVVcVcVccVV 求酸酸酸水求求酸酸碱碱酸碱酸强碱强（2）两强酸混合。112212(H )(H )(H )pHcVcVcVV 求 混（3）两强碱混合。112212(OH )(OH )(OH )(H )pHcVcVccVV 求求 混（4）酸碱混合。酸过量：(H )(OH )(H )pHcVcVcVV 求酸酸碱碱 混 酸碱碱过量：(OH )(H )(OH )(H )pHcVcVccVV 求求碱碱酸酸 混 酸碱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 pH5。（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 pH7。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：H2O H+OH H0，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，C4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：举一反三：【变式 1】水的电离过程为 H2O H+OH，在不同温度下其平衡常数为：K（25） =1.0×1014，K（35）=2.1×1014，则下列叙述正确的是（ ） 。Ac(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 下列关于溶液酸碱性的说法中，正确的是（ ） 。Ac(H+)很小的溶液一定呈碱性BpH=7 的溶液一定呈中性Cc(OH)=c(H+)的溶液一定呈中性D不能使酚酞溶液变红的溶液一定呈酸性【思路点拨】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。【答案】C【解析】溶液的酸碱性最本质的判断标准是 H+和 OH浓度的相对大小。如果 c(H+)=c(OH)，溶液呈中性； 如果 c(H+)c(OH)，溶液呈酸性；如果 c(H+)c(OH)，溶液呈碱性。c(H+)很小的溶液，c(OH)也可能很小； pH=7 的溶液只有在常温下才是中性的；常温下，pH8 的溶液都不能使酚酞变红，可能为酸性、中性或碱性。 【总结升华】因为水的离子积 KW随温度变化，故 pH7（或7）均可能为中性。 举一反三：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+)=1×104 mol/L，c 中 c(OH)=1011 mol/L，则三种溶液的酸性（ ） 。Ac 溶液最强 Bcba Cb 溶液最强 Db 溶液最弱 【答案】A、B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+)=1×1011 mol·L1，则该溶液的 pH 可能是（ ） A3 B7 C8 D11【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】根据水的电离平衡 H2O H+OH知：由水电离产生的 c(H+)=c(OH)=1×1011 mol·L1，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14 3 111 10(H )1 101 10c （mol·L1） ，即 pH=3；若由于 c(OH)增大，则该溶液中14 3 111 10(OH )1 101 10c （mol·L1） ，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、5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：举一反三： 【变式 1】某温度下，纯水的 c(H+)=2.0×107 mol/L，则此时 c(OH)=_，KW=_，温度不 变，向水中滴入盐酸，使 c(H+)=5.0×10-5 mol/L，则 c(OH)=_。 【答案】2.0×107 mol/L 4.0×1014 8.0×1010 mol·L1【高清课堂：高清课堂：水的电离溶液的酸碱性与 pH】 【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 1×1018，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例 4 常温下等体积混合 0.1 mol·L1的盐酸和 0.06 mol·L1的 Ba(OH)2溶液后，溶液的 pH 等于（ ） A2.0 B12.3 C1.7 D12.0【思路点拨】解答本题时，应该首先考虑酸碱相互发生反应，根据化学反应方程式可以判断碱过量，然后 再根据过量的碱的浓度求氢氧根浓度，之后再根据水的离子积求氢离子浓度，最后算出 pH 值。 【答案】D 【解析】该题是酸碱混合的计算，首先要判断哪种物质过量，盐酸溶液中的 c(H+)=0.1 mol·L1，Ba(OH)2 溶液中的 c(OH)=0.06 mol·L1×2=0.12 mol·L1，故碱过量，又因是等体积混合，故可以求出混合液中 c(OH)。110.12mol LL0.1mol LL(OH )0.01mol / L2LVVcV ，141 10(H )(OH )0.01WKcc mol·L1=1×1012 mol·L1。pH=lgc(H+)=lg1012=12.0。 【总结升华】求算酸与碱混合后溶液的 pH，应根据题目所提供的酸与碱的量的关系，判断出混合后溶液应 呈酸性、碱性还是中性，必须注意酸或碱的元数。 举一反三：举一反三： 【变式 1】60 mL 0.5 mol/L 氢氧化钠溶液和 40 mL 0.4 mol/L 硫酸相结合后，溶液的 pH 约为（ ） A0.5 B1.7 C2 D13.2 【答案】B例 5 在常温下，将 pH=8 的 NaOH 溶液与 pH=10 的 NaOH 溶液等体积混合后，溶液的 pH 最接近于（ ） A8.3 B8.7 C9 D9.7 【答案】D 【解析】本题考查有关混合溶液 pH 计算。有关稀溶液混合，总体积近似等于两种溶液体积之和。强碱溶液 混合，应按 c(OH)计算：c混(OH)=(1×106+1×104)/2=5.05×105 (mol·L1)，c混(H+)=KW/c(OH)6=2×1010 mol·L1，pH=9.7。 【总结升华】按 c(H+)计算是错误的，因为在碱溶液中，c(OH)大，故可忽略不计水电离出的 c(OH)。但 此时 c(H+)很小，所以忽略水电离的 c(H+)会造成误差。 举一反三：举一反三： 【变式 1】将 pH=9 的 NaOH 溶液和 pH=11 的 NaOH 溶液等体积混合后，溶液中 c(H+)最接近于（ ）A1 2（109+1010）mol·L1 B （109+1011）mol·L1C （1×109+5×1011）mol·L1 D2×1011 mol·L1 【答案】D 类型四、酸、碱混合时溶液 pH、体积比的分析与计算例 6 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 VaVb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）714 23a【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=104 mol·L1，中和时，应该有 Vac(H+)a=Vbc(OH)b，即45(OH )10101(H )10abVc Vc，与题设 VaVb不符。（3）由题设1abV V，可得：1414a1010 (H )(OH )10141(H )(H )10babbaVccabVcc，即 a+b140。又a=0.5b，故 3a14，14 3a 。又一元强碱 pH=b=2a7，所以7 2a 。故 a 的取值范围为：714 23a。【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：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（ ） Aa+b=14 Ba+b=13 Ca+b=15 Da+b=7 【答案】C