水的电离溶液的酸碱性与pH

第二节 水的电离和溶液的酸碱性三维目标1知识目标(1)理解水的电离、水的电离平衡和水的离子积。(2)使学生了解溶液的酸碱性和pH 的关系。(3)学会 pH 的简单计算，了解溶液稀释时pH 的变化规律，会计算各类混合溶液的pH。(4)了解测定溶液pH 的方法有pH 试纸测量（广泛pH 试纸和精密pH 试纸）、 pH 计测量和酸碱滴定测量，了解各种方法的优缺点及适用条件。(5)了解酸碱中和滴定的原理，熟记酸碱中和滴定的主要仪器名称和应用。(6)掌握酸碱中和滴定的实验操作、计算方法和误差分析。(7)学会滴定原理的迁移应用。2能力和方法目标(1)通过水的离子积的计算，提高有关的计算能力，加深对水的电离平衡的认识。(2)通过水的电离平衡分析，提高运用电离平衡基本规律分析问题的解决问题的能力。3情感和价值观目标+(1)通过水的电离平衡过程中H 、 OH 关系的分析，理解矛盾的对立统一的辩证关系。(2)由水的电离体会自然界统一的和谐美以及“此消彼长”的动态美。教学重点：水的离子积涵义；溶液的酸碱性及其定量表示方法，酸碱滴定的原理及操作；教学难点：影响水电离平衡的因素；溶液pH 的简单计算；酸碱中和滴定操作及误差分析。课时安排： 3 课时教学过程：第 1 课时 水的电离平衡溶液的酸碱性 引入 由复习强电解质盐酸的电离和弱电解质醋酸的电离入手，提出问题水是如何电离的？如何用实验证明水是弱电解质？精确的纯水导电实验。一、水的电离 教师 精确的导电性实验表明，纯水也能微弱的电离。1水的电离H 2O+H 2OH 3O+ +OH或简写为： H 2OH + +OH讨论 水分子电离产生的H + 和 OH 的浓度关系如何？同一体系中，由水分子电离产生c 水 ( OH) c 水 ( H + )。教师 请用公式表述水的电离常数学生 K电离= c(H + ) c(OH)c(H 2O)分析 1L 纯水的物质的量是55.6mol ，经实验测得 25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浓度几乎不变，可以视为常数，常数乘以常数必然为一个新的常数，用K w 表示，即为水的离子积常数，简称水的离子积。第 1 页c(H + ) c(OH )K电离c(H 2O)K w2水的离子积常数（K w ）+c(OH)(1)表达式： K w =c(H )由于 25时， 1 L(55.6 mol) 纯水中有110-7mol 水发生电离，则该纯水中c(H + ) = c(OH )1 10 7 mol/L所以， 25时， K w =c(H + ) c(OH)1 1014+) c(OH ) 中的 c(H+)、)只代表水电离出的+)和c(OH )吗？适用于其他电解质水 讨论 K w =c(Hc (OHc(H溶液吗？ 教师 c(H + ) 、c(OH ) 为整个溶液中的c(H + ) 和 c(OH ) ，所以水的离子积K w =c(H + ) c(OH) 不仅适用于纯水，也适用于任何稀的电解质水溶液。(2)影响水的电离平衡和离子积的因素探究 影响水的电离平衡的因素教师 情景 1观察 P46 表 3-2从以上数据中发现什么递变规律？以上数据说明温度与水的电离程度之间存在什么关系？学生 升高温度，水的电离程度增大，水的电离平衡向右移动，K w 增大。降低温度，水的电离程度减小，水的电离平衡向左移动，K w 减小。小结 水的离子积 Kw 在一定温度下是个常数，且只受温度影响（如同化学平衡常数），水的电离是一个吸热过程，升高温度，促进水的电离，温度越高，K w 越大（如100时， K w11012 ）。教师 情景 2对常温下纯水进行下列操作，填写下表平衡移水的电c(OH)条 件酸碱性离程度c(H + )K w动方向加纯水升温加酸加碱加 Na教师 有哪些方法可以抑制水的电离？学生 加酸、加碱、降温。小结 酸、碱由于电离产生的H 或 OH 对水的电离平衡起抑制作用，使水的电离程度减小，而某些盐溶液中由于 Ac、 NH 4 等“弱离子”因结合水电离出的H或 OH 能促进水的电离平衡（下一节介绍），使水的电离程度增大，但无论哪种情况，只要温度不变，K w 就不变。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。任何电解质溶液中， H与 OH 总是共存， c(H + ) 与 c(OH ) 此消彼长， 只要温度不变K w =c(H + )c(OH ) 始终保持不变。教师 思考并回答下列问题一定温度下，K w =c(H + ) c(OH ) ，试分析盐酸溶液、氢氧化钠溶液c(H + ) 、 c(OH) 来源？常温下，浓度为110-5 mol/L 的盐酸溶液中，由水电离产生的c (H + ) 是多少？常温下，浓度为110-5 mol/L 的 NaOH 溶液中，由水电离产生的c(OH ) 是多少？教师 溶液中 c (H + ) 和 c(OH) 的计算小结第 2 页(1)纯水： c(H+ ) = c(OH )Kw(2)强酸： H+主要来源于酸的电离（忽略水电离产生的H+）。+)+)c( O H)c= ( O HK w=c+( H )c(H总= c(H酸总) +水水c( H)酸(3)强碱： OH主要来源于碱的电离（忽略水电离产生的OH）。c(OH)总 = c(OH )碱c(H + )总= c(H + )水 =K wc(OH)水c (OH )碱教师 常温下，若由水电离产生的c(H + )水 =110-9 mol/L 的溶液，则该溶液的酸碱性如何？引申 判断溶液酸碱性强弱的依据是什么？学生小结 溶液的酸碱性（室温时）酸性溶液：c(H + ) _ c(OH) ， c(H + ) _1.0 10-7mol/L碱性溶液：c(H + ) _ c(OH) ， c(H + ) _1.0 10-7mol/L中性溶液：c(H + ) _ c(OH) ， c(H + ) _1.0 10-7mol/L二、 c(H + ) 和 c(OH ) 与溶液酸碱性、pH 的关系1溶液的酸碱性取决于 c(H + ) 与 c(OH) 的相对大小2溶液的酸碱性的表示方法(1)溶液的酸碱性可用c(H + ) 与 c(OH) 表示。(2) c(H + ) 和 c(OH ) 都较小的稀溶液( c(OH)温中性c(H + ) = c(OH)下碱性c(H + ) c(OH)变式： （c H ） 10 pHpH777教师 酸性溶液中 c(H + ) 越大，酸性越强， pH 越小；碱性溶液 c(OH) 越大， c(H + ) 越小， pH 越大，碱性越强。讨论 思考以下问题： pH 7的溶液一定是酸性溶液吗？ 2mol/L的盐酸 pH 值为多少？ 引入 pH 值的原因是当 c(H + ) 很小时1 mol/L 时用 c 不方便，所以 c(OH ) 或c(H + ) 很大时 1mol/L 时，直接用浓度表示， pH 的适应范围： 11014 mol/L c(H ) 1mol/L ， 014 之间 pH 值相同的强酸与弱酸，强碱与弱碱，加水稀释相同的倍数，pH 值变化情况如何？ 强酸（碱）的pH值变化大些 pH 值每改变 n 个单位， c(H + ) 、c (OH ) 如何改变？ pH 值每增加1 个单位， c(H + ) 变为原来的 101 ，c(OH)变为原来的 10 倍，反之， pH 值每减小 1 个单位， c(H + ) 变为原来的10 倍， c(OH ) 变为原来的 101 。 教师 如何测定 pH？第 3 页4 pH 的测定方法粗略测定：(1)酸碱指示剂 甲基橙、石蕊、酚酞常用酸碱指示剂及其变色范围指示剂变色范围石蕊pH 5 红色58 紫色8 蓝色酚酞pH 8.2 无色8.2 10 浅红色 10红色甲基橙pH 3.13.14.4 4.4黄色红色橙色(2)pH 试纸最简单的方法（pH 试纸本身为姜黄色）操作：将一小块pH 试纸放在洁净的表面皿或玻璃片上，用干燥洁净的玻璃棒沾取未知液点试纸中部，待试纸变色后与标准比色卡比较读数即可。注意：事先不能用水湿润pH 试纸；只能读取整数值或范围。精确测定： pH 计三、 pH 的应用工农业生产、科学实验、人类的生活和健康、环境保护等板书设计 一、水的电离H 2O+H 2OH 3O+ +OH或简写为：H 2OH+ +OH2水的离子积常数（K w ）+14(1)表达式： K w =c(H )c(OH)25时， K w1 10K w 也适用于稀的电解质水溶液(2)影响水的电离平衡的因素 T K w （ K w 只与温度有关）加酸、碱，降温抑制水的电离二、 c(H + ) 和 c(OH) 与溶液酸碱性、pH 的关系1溶液的酸碱性 取决于 c(H + ) 与 c(OH) 的相对大小2溶液的酸碱性的表示方法(1)用 c (H + ) 与 c(OH) 表示(2) pH 值pHlgc (H )（变式： （c H ） 10pH ）酸性溶液中 c(H+ ) 越大，酸性越强，pH 越小； 25时， pH7 碱性4pH 的测定方法粗略：酸碱指示剂、pH 试纸精确： pH 计三、 pH 的应用第 4 页第二课时溶液 pH 值的计算教学过程：上节内容回顾：溶液pH 的定义表达式：pH=-lgc(H +)，知识讲解：溶液 PH 计算的整体思路是：1、根据 pH 的定义 pH=-lgc(H +)，溶液 PH 计算的核心是确定溶液中的c(H +)相对大小。2、根据 pH 定义 pH=-lgc(H + )的引申，溶液的 pOH=-lgc(OH -)，溶液 pOH 计算的核心是确定溶液中的c(OH -)相对大小，再根据pH+pOH=-lgK w 得出 pH3、在溶液pH 的计算时，当两种溶液的浓度相差100 及其以上，浓度相差悬殊，浓度较小的pH 可以忽略不计。一、单一溶液pH 的计算1、若该溶液是酸性溶液，必先确定c(H+ )，再进行pH 的计算；2、若该溶液是碱性溶液，必先确定c(OH -)，可根据c(H + ) c(OH -)=K w 换算成 c(H +)，再求 pH；3、或由引用pH 定义，由c(OH - )直接求 pOH ，再根据pH+pOH=-lgK w，换算出pH 。例 1：求室温条件下 0.005mol/L 的 Ba(OH) 2 溶液的 pH 值解 : C（ Ba(OH) 2） = 0.005mol/L-=0.01mol/L+- 14 12OH = 0.005 2H = Kw/OH = 10 /0.01 = 10mol/L PH = -lgH + = -lg10 12 = 12例 2：已知室温条件下 ,某溶液的 pH = 4, 求此溶液中 H + 和 OH-的浓度解 : PH =4 = -lgH + = 4H + = 10 414410mol/LOH - = Kw/H+=10/10 = 10mol/L例 3： 25时 ,0.1mol/L某一元弱酸的电离度为1 ,求此溶液的 pH 值解： H + = c = 0.1mol/L =110-3 mol/LpH = 3等物质的量浓度的下列物质，求其pH 或 pOH物质化学式pH强酸HnApH=-lg(nc)弱酸H mBpH=- lg(mc )强碱A(OH) npOH=-lg(nc)弱碱B(OH) mpOH=- lg(mc )二、溶液稀释后pH 的计算及 pH 变化曲线1、强酸或强碱的稀释在稀释强酸或强碱时，当它们的浓度大于10-5时，不考虑水的电离； 当它们的浓度小于-5mol/L10 mol/L 时，应考虑水的电离。如 pH=3 的盐酸，稀释 100 倍，稀释后 pH=5 ；pH=10 的氢氧化钠溶液， 稀释 100 倍，稀释后 pH=8 ；而 pH=6第 5 页的盐酸， 稀释 100 倍，稀释后 pH7（不能大于 7）；pH=8 的氢氧化钠溶液， 稀释 100 倍，稀释后 pH7（不能小于 7）。2、弱酸或弱碱的稀释在稀释弱酸或弱碱过程中有浓度的变化，又有电离平衡的移动，不能求得具体数值，只能确定其pH 范围。如 pH=3 的醋酸溶液，稀释 100 倍，稀释后3 pH 5； pH=10 的氨水，稀释 100 倍，稀释后8 pH 10。pH=a 的强酸与弱酸和pH=b 的强碱与弱碱溶液，稀释10n 倍 (相同倍数 )，溶液的 PH 及其变化情况如何如下表物质pH稀释后溶液的 pH强酸apH=a+n弱酸aa pH a+n强碱bpH=b-n弱碱bb-n pH b3、溶液稀释后 pH 变化曲线pH 分别相同的强酸与弱酸或强碱与弱碱溶液稀释相同的倍数（10n），对应溶液 pH 变化曲线如下图所示。现以 pH=2 的酸和 pH=12 的碱为例予以展示：横坐标表示加入水的体积；纵坐标表示溶液的pH1413a强酸12b弱酸c强碱11d弱碱109d8c7a6b543210如图可知，pH 分别相同的强酸与弱酸或强碱与弱碱溶液稀释相同的倍数，弱酸溶液中c(H +)减小的程度比强酸溶液减小的程度要小，弱酸溶液pH 增大的程度要比强酸溶液pH 增大的程度要小；弱碱溶液c(OH -)减小的程度比强碱溶液减小的程度要小，弱碱溶液pH 减小的程度就要比强碱溶液pH 减小的程度小。三、溶液混合后 pH 的计算例 4、 pH=4 的盐酸和 pH=2 的盐酸等体积混合后，溶液的pH 为多少？解：由题意 pH=4 的盐酸， c(H +)1=1.0 10-4mol/L ；pH=2 的盐酸， c(H + )2=1.0 10-2 mol/L 。c(H +)混 =（ 1.0 10-4 mol/LV+1.0 10-2 mol/L V ） /2V=5.010-3mol/L ， pH=2.31、两强酸混合，先求混合后的c(H + )混 ，再直接求 pH 值：第 6 页c(H+ )混 =c(H )1V 1 c(H )2V 2/(V 1 V 2)PS：速算规律 pH 相差 2 个单位以上的强酸等体积混合，混合后的pH 混 = pH 小+ 0.32、两强碱混合，先求混合后c(OH )混 ，再间接求 pH 值：c(OH ) 混 =c(OH)1 V 1 c(OH) 2V2 /(V 1 V 2 )PS：速算规律 pH 相差 2 个单位以上的强碱等体积混合，混合后的pH 混 = pH 大- 0.33、强酸与强碱溶液混合：根据n(H + )与 n(OH )的相对大小先判断酸、碱的过量情况。例 5、 60ml0.5mol/LNaOH溶液和 40ml0.4mol/L硫酸混合后，溶液的pH 最接近于？解析：由题意知，酸碱中和反应后，酸过量，c(H +)混=n(H +) n(OH -)/V 总 =（ 0.032mol 0.03mol ） /0.1L=0.02mol/L ， pH=1.7 。强酸与强碱恰好完全反应，溶液呈中性，pH= （ -lgK ） /2。若酸过量，溶液呈酸性，n(H +) n(OH -)， c(H + )混 =n(H + )n(OH -)/V总。若碱过量，溶液呈碱性，n(OH -) n(H + )， c(OH -)混=n(OH -) n(H +)/V 总 。再求出 c(H + )混 进而求出溶液的pH；或者由 c(OH -) 混求出 pOH ，再根据 pH+pOH=- lgK 求出溶液的 pH 即可。室温下，若强酸（ pH 1）和强碱（ pH2）等体积混合 :pH 1+pH 2=14 ，则溶液呈中性，pH=7 ；pH 1+pH 2 14，则溶液呈碱性，pH 7；pH 1+pH 2 14，则溶液呈酸性，pH 7。例 6、在室温下等体积的酸和碱的溶液，混合后pH 一定小于 7 的是（）A pH=3 的硝酸和 pH=11 的氢氧化钠溶液B pH=3 的盐酸和 pH=11 的氨水C pH=3 的硫酸和 pH=11 的氢氧化钠溶液D pH=3 的醋酸和 pH=11 的氢氧化钠溶液解析： A 、C 两选项为强酸与强碱的混合，且pH 1+pH 2=14 ，则溶液呈中性， pH=7 。B 选项为强酸与弱碱的混合，且 pH1+pH 2=14 ，则溶液呈碱性， pH 7。 D 选项为弱酸与强碱的混合，且pH 1+pH 2=14 ，则溶液呈酸性， pH 7。故应选 D。若未标明酸碱的强弱，混合后溶液PH 不定，应分析讨论。室温下，若酸（ pH1）和碱（ pH 2）等体积混合 :pH 1+pH 2=14 ，若为强酸与强碱，则恰好反应，pH=7 ；若为弱酸与强碱，则酸有剩余，pH 7；若为强酸与弱碱，则碱有剩余，pH 7。（该条件下，混合后溶液的酸碱性：谁弱显谁性、同强同弱显中性）4、中和反应的酸碱溶液体积关系室温下强酸和强碱溶液混合后显中性，则根据酸碱反应的原理+-n(H )=c(OH )计算溶液的体积比。由 c 酸 v 酸 =c 碱 v 碱 得出 10-pH 酸 v 酸 =10 pH 碱 -14v 碱由此得出酸和碱的体积比：v 酸 ： v 碱 =10pH 酸 +pH 碱-14对任意温度下强酸和强碱反应，其pH 之和（ pH 酸 +pH 碱）与体积比的关系如下表pH 酸+pH 碱V酸：V碱-lgK w10pH 酸 +pH 碱 +lgK 1-lgK w10pH 酸 +pH 碱+lgK =1-lgK w10pH 酸 +pH 碱 +lgK 1第 7 页例 7、25时，有 pH=a 的盐酸和问：（ 1）若 a + b =14,则 Va =Vb（ 2）若 a + b =13,则VaVb =（ 3）若 a + b 14,则VaVb =pH=b 的 NaOH 溶液，取 V aL 盐酸溶液与NaOH 中和，需 V bLNaOH 溶液，（填数字）（填数字）（填表达式），且 V aV b(填“ ”“或小结1、溶液 pH 的计算类型，都是先求溶液的c(H +)或 c(OH -)，通过直接或间接的方法求出溶液的pH。2、在混合溶液pH 计算时，当两种溶液的浓度差在100 倍或 100 倍以上时，浓度较小的可以忽略不计。3、在相关计算过程中，应遵守“酸按酸，碱按碱，同强混合在之间，异强混合看过量，无限稀释7 为限 ”。板书设计 一、单一溶液pH 的计算1、酸性溶液，c(H +) pH；-+2、碱性溶液，c(OH ) c(H ) pH；-3、用 pH 定义， c(OH ) pOH pH。二、溶液稀释后pH 的计算1、强酸或强碱的稀释2、弱酸或弱碱的稀释三、溶液混合后pH 的计算1、两强酸混合，混合后的c(H +) pHc(H+ )混 =c(H )1V 1 c(H )2V 2/(V 1 V 2)2、两强碱混合，混合后c(OH ) pHc(OH ) 混 =c(OH )1 V 1 c(OH ) 2V2 /(V 1 V 2 )3、强酸与强碱溶液混合：根据n(H + )与 n(OH )的相对大小先判断酸、碱的过量情况。4、中和反应的酸碱溶液体积关系V 酸：V 碱 =10pH 酸+pH 碱+lgK 第 8 页第 3 课时酸碱中和滴定 引入 我们已经学会了根据需要配制一定物质的量浓度溶液的方法，如果有现成的溶液，我们怎样测定其浓度呢？教师本节课我们以酸碱中和反应为例，学习酸或碱的浓度的测定方法。板书酸碱中和滴定教师酸碱中和反应的实质是什么？板书1中和反应的实质：HOHH 2 O思考试找出下列各反应中c (酸 )、 c (碱)、 V (酸 )、V (碱 )之间的关系：(1)盐酸跟氢氧化钠溶液恰好完全中和(2)盐酸跟氢氧化钡溶液恰好完全中和(3)硫酸跟氢氧化钠溶液恰好完全中和板书2定量关系：n 元强酸和 m 元强碱恰好中和时： n c (酸 )V (酸 )= mc (碱)V (碱)都是一元强酸强碱时：c(酸 )V(酸) c(碱 )V(碱)例题有未知浓度的氢氧化钠溶液25mL，完全中和时需加入0.05mol/L 的硫酸溶液 50mL，则氢氧化钠溶液的物质的量浓度是多少？（0.2mol/L ）教师在化工生产和化学实验中，经常需要知道某种酸或碱溶液准确的物质的量浓度。比如，实验室有未知物质的量浓度的氢氧化钠溶液，怎样测定它的物质的量浓度呢？板书3酸碱中和滴定原理投影用已知浓度的酸 ( 或碱 ) 来测定未知浓度碱( 或酸 ) 的浓度的方法。 （其中，已知浓度的酸或碱称为“标准溶液” ，未知浓度碱或酸称为“待测溶液” 。）设疑为使酸碱中和滴定结果准确、误差小，实验的关键是什么？学生准确测定两种溶液的体积；判断中和反应恰好完全进行。设疑如何准确测定两种溶液体积？量筒精确吗？所以需要精密度比较高的仪器滴定管。教师展示酸式滴定管和碱式滴定管，由学生观察它们的结构。设疑为什么酸式滴定管与碱式滴定管结构上不同呢？提示同学们从玻璃的主要成分及碱的化学性质等角度考虑。（扩展，量取强氧化性的试剂时应选哪种合适呢？）教师展示滴定管的刻度值，强调读数问题及精度。设疑如何判断酸碱恰好中和？主要依据是什么？学生溶液的 pH 值变化追问哪些方法可以测pH 值变化？（ pH 计、 pH 试纸、酸碱指示剂）投影常见酸碱指示剂的变化范围教师选取什么样的指示剂较为合适呢？探究探究：用 0.1mol/L NaOH 溶液滴定 20.00 mL 0.1mol/L盐酸，计算滴定过程中溶液的pH 值变化。(一滴溶液约 0.04 ml)V(NaOH)0.0019.0019.9620.0020.0430.00单位 ml21.00溶液 pH 值1.02.64.07.010.011.412.3第 9 页教师由此你能得出什么结论？在滴定终点附近，pH 值发生突变。投影绘制上述滴定操作的滴定曲线。投影图像分析指示剂的选择。教师指示剂选择要领：变化范围越窄越好（灵敏） 、颜色变化要明显颜色变化由浅变深更易观察（强酸滴定强碱最好选用甲基橙，强碱滴定强酸最好选用酚酞）指示剂用量不可过多（2-3 滴即可）其他：温度不宜过高，强酸（碱）浓度不宜过大板书4酸碱中和滴定操作（以0.1mol/L 的 NaOH 溶液滴定未知浓度的盐酸溶液为例）(1)主要仪器及作用：主要仪器作 用酸式滴定管移取一定体积的待测溶液碱式滴定管盛装标准溶液锥形瓶盛装待测液，做反应容器铁架台滴定管夹固定滴定管滴定管使用：检漏、洗涤、润洗、装液、赶气泡、调液面(2)试剂： 0.1mol/L的 NaOH 溶液、未知浓度的盐酸溶液，酚酞或甲基橙（如何判断终点？）。(3)实验过程：准备标准液和待测液滴定操作（见教材P50） 数据处理（见教材P49）(4)误差分析教师通过分析计算原理及操作实际，所有引起误差的因素都归结到V(标)上。投影例题：用 0.1mol/LNaOH 标准溶液滴定20.00ml 未知浓度的盐酸。板书5酸碱反应曲线（强酸和强碱反应）板书设计 酸碱中和滴定1中和反应的实质：HOHH 2 O2定量关系：n 元强酸和 m 元强碱恰好中和时：3酸碱中和滴定原理4酸碱中和滴定操作仪器、试剂、实验过程n c (酸 )V (酸 )= mc (碱 )V (碱)mc( 标)V(标 )误差分析： mC(标)V(标 ) nC(待 )V(待 )V(待)=nc(待)所有误差归结到V(标)上5酸碱中和滴定曲线第10页