高中化学 第三章 第二节 水的电离和溶液的PH学案 新人教版选修41

水的电离和溶液的PH（第1课时）【学习目标】1.了解水的电离平衡以及影响因素。2.了解水的离子积并能运用其进行简单计算。3.了解溶液的酸碱性与pH的关系和溶液酸碱性的判断依据与方法。【学习过程】一、水的电离1水的电离：水是一种极弱的电解质。电离方程式为2H2OH3OOH，也可简写为H2OHOH。水的电离过程是一个吸热过程。温度升高，水的电离程度增大，c（H+）和 c（OH）也随之增大；温度降低，水的电离程度减小，c（H+）和 c（OH）也随之减小。2水的离子积常数：KWc(H)c(OH),随着温度的升高，水的离子积增大。在室温下，纯水中的c(H)c(OH)107 molL1，KW1.01014。(1)无论是纯水，还是酸性、碱性或中性溶液中，由水电离出的c(H)c(OH)。(2)25 ，任何稀的电解质水溶液中c(H)c(OH)KW这一关系不变，当条件改变使c(H)增大时，c(OH)必然降低，反之亦然。(3)纯水c(H)c(OH)；酸溶液中OH是水电离产生的，水电离的c(H)等于溶液中c(OH)，即水电离产生的c(H)c(OH)Kw/c(H)c(H)；碱溶液中H是水电离产生的，故水电离的c(OH)等于溶液中c(H)，即水电离产生的c(OH)c(H)Kw/c(OH)c(OH)。3.影响水的电离平衡的因素：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二、溶液的酸碱性与溶液的pH1溶液的酸碱性：在水溶液中，无论是酸性，中性，还是碱性溶液，H+和OH始终同时存在，二者相互依存，缺一不可，共同组成水的电离平衡体系，同时二者又相互矛盾，此消彼涨，一个增大时，另一个必然减小，使得二者的乘积始终不变，恒等于Kw。c(H)与c(OH)的关系c(H)的范围(25 )pH范围(25 )中性溶液c(OH)c(H)c(H)1.01077酸性溶液c(OH)1.0107c(H)c(H)7(1)溶液的酸碱性指的是溶液中c(H)、c(OH)的相对大小；而酸和碱的酸碱性是指其潜在的电离出H或OH的能力。(2)酸、碱的强弱是以电解质的电离程度来区分的。强酸、强碱在溶液中完全电离，弱酸、弱碱在溶液中部分电离。2.溶液的pH：(1)计算公式：pHlg c(H)(2)表示意义：表示溶液酸碱性的强弱。溶液pH越小，溶液酸性越强；溶液pH越大，溶液碱性越强。pH每改变1，溶液中c(H+)改变10倍，即pH增大1，溶液中c(H+)就减小为原来的，pH减小1，溶液中c(H+)就增大为原来的10倍。(3)常温下，溶液的酸碱性跟pH的关系：中性溶液：c(H+)=107 pH=7酸性溶液：c(H+)107 pH7（溶液酸性越强，溶液的PH值越小）碱性溶液：c(H+)107 pH7（溶液碱性越强，溶液的PH值越大）（4）测定方法：酸碱指示剂这种方法只能测出pH的范围，一般不能准确测定pH。常用指示剂的变色范围和颜色变化如下表：pH试纸法：可以粗略测定溶液的pH。其使用方法如下：测量时，将pH试纸放在表面皿或玻璃片上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取溶液滴在干燥的pH试纸上，在半分钟内将试纸与标准比色卡进行对照得pH。测定溶液的pH时，pH试纸不能湿润，否则，非中性溶液的pH测定值将比实际pH大(酸)或小(碱)。用广泛pH试纸测溶液的pH时，pH只能读整数。pH计：精确测定溶液的pH时使用pH计(也叫酸度计)，测量时可以从仪器上直接读出溶液的pH。【当堂检测】1. 25 时，水的电离达到平衡：H2OHOHH0，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，pH不变2.常温下，0.1 molL1的NaOH溶液中由水电离出的OH的物质的量浓度为 ()A0.1 molL1B1.01013 molL1 C1.0107 molL1 D无法确定3. 25 的下列溶液中，碱性最强的是()ApH11的溶液 Bc(OH)0.12 molL1 C1 L中含有4 g NaOH的溶液 Dc(H)11010 molL1的溶液4. 常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是()ApH1的溶液中：Fe2、NO、SO、NaB由水电离的c(H)11014molL1的溶液中：Ca2、K、Cl、HCOCc(H)/c(OH)1012的溶液中：NH、Al3、NO、ClDc(Fe3)0.1 molL1的溶液中：K、ClO、SO、SCN5. 已知水在25 和100 时，电离平衡曲线如图所示：(1)25 时水的电离平衡曲线应为_(填“A”或“B”)，请说明理由_。(2)下列措施能影响水的电离平衡，并使溶液中的c(H)c(OH)的是_。A向纯水中投入少量Na2O2 B将水加热煮沸 C向水中通入CO2 D向水中加入NaCl(3)100 时，c(H)l107molL1的溶液呈_(填“酸性”、“碱性”或“中性”)；若该溶液中只存在NaOH溶质，则由H2O电离出来的c(OH)_molL1。（4）25 时，1 molL1的盐酸0.1 molL1的盐酸0.01 molL1的NaOH溶液1 molL1的NaOH溶液四种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比是 。答案与解析题号答案解析1B向水中加入稀氨水，c(OH)增大，平衡逆向移动，c(H)减小，A项不正确；向水中加入少量固体NaHSO4：NaHSO4=NaHSO，c(H)增大，但KW不变，B项正确；向水中加入少量CH3COOH后，使水的电离平衡逆向移动，c(OH)减小，c(H)增大，C项不正确；将水加热，水的电离平衡正向移动，c(H)、c(OH)均增大，KW增大，pH减小，但仍呈中性，D项不正确2BNaOH为强碱，在水溶液中完全电离为Na和OH，水电离出的OH很少，可以忽略不计，所以0.1 molL1的NaOH溶液中c(OH)0.1 molL1，则由水电离出的c(OH)c(H)1.01013 molL13B常温下，可以根据pH或c(H)比较溶液的酸碱性，同样也可以根据c(OH)的大小来比较。A、C、D三个选项中溶液的c(OH)依次为1103 molL1、0.1 molL1、1104 molL1，所以B中溶液的c(OH)最大，碱性最强4CA中Fe2、NO、H会发生氧化还原反应；B项，符合条件的溶液可能是强酸性溶液也可能是强碱性 溶液，HCO既与H反应，又与OH反应，B错误；c(H)/c(OH)1012的溶液为强酸性溶液，离子可以大量共存，C正确；Fe33SCN=Fe(SCN)3，D错误5(1)A水的电离是吸热过程，温度低时，电离程度小，c(H)、c(OH)小(2)C（3）碱性1107（4）1101001(1)水的电离是吸热过程，当温度升高时，促进水的电离，水的离子积增大，水中c(H)、c(OH)都增大，结合图像中A、B曲线变化情况及c(H)、c(OH)可以判断25 时水的电离平衡曲线应为A。(2)影响水电离平衡的因素很多。A生成NaOH，使c(OH)c(H)；B可促进水的电离，但c(H)c(OH)；D对水的电离无影响；C可与水反应生成H2CO3，抑制水的电离，但H2CO3HHCO，使c(H)c(OH)。(3)100 时该溶液中c(OH)1105 molL1，因为c(OH)c(H)，所以溶液呈碱性；NaOH溶液中由水电离出来的c(OH)等于溶液中的c(H)，即为1107 molL1。（4）25 时，Kw11014。酸溶液中由水电离出的c(H)等于该溶液中由水电离出的c(OH)，所以c(H)1 molL1，由水电离出的c(H)与溶液中c(OH)相等，等于1014 molL1；c(H)0.1 molL1，则由水电离出的c(H)1013 molL1。碱溶液中由水电离出的c(H)等于该溶液中的c(H)，所以，c(OH)0.01 molL1，由水电离出的c(H)1012 molL1，由水电离出的c(H)1014 molL1。即四种溶液中由水电离出的c(H)之比为10141013101210141101001（第2课时）【学习目标】1. 掌握pH的简单计算，了解各类混合溶液pH的计算。2. 了解溶液稀释时pH的变化规律的方法。3. 掌握酸碱混合后溶液酸碱性判断的方法。【学习过程】一、溶液pH的计算1.单一溶液pH的计算：(1)强酸溶液(以c molL1的HnA溶液为例)：c(H)nc molL1，pHlg c(H)lg_nc。(2)强碱溶液：c(OH)nc molL1，c(H) ，pHlg c(H)lg 。2.酸碱溶液稀释计算：(1)对于强酸溶液(pHa)每稀释10n倍，pH增大n个单位，即pHan(an7)。(3)对于弱酸溶液(pHa)每稀释10n倍，pH的范围是：apHan(即对于pH相同的强酸与弱酸稀释相同倍数，强酸pH变化的程度大)。(4)对于弱碱溶液(pHb)每稀释10n倍，pH的范围是：bnpHHB B等体积的HA和HB与等浓度的NaOH反应，HA消耗的NaOH多C等体积的HA和HB与足量的Zn反应，HA生成的氢气多D两种酸的物质的量浓度相同2. 室温时，下列混合溶液的pH一定小于7的是()ApH3的盐酸和pH11的氨水等体积混合BpH3的盐酸和pH11的氢氧化钡溶液等体积混合CpH3的醋酸和pH11的氢氧化钡溶液等体积混合DpH3的硫酸和pH11的氨水等体积混合3. 25 时，KW1.01014；100 时，KW11012，下列说法正确的是()A100 时，pH10的NaOH溶液和pH2的H2SO4恰好中和，所得溶液的pH7B25 时，0.2 mol/L Ba(OH)2溶液和0.2 mol/L HCl等体积混合，所得溶液的pH7C25 时，0.2 mol/L NaOH溶液与0.2 mol/L CH3COOH恰好中和，所得溶液的pH7D25 时，pH12的氨水和pH2的H2SO4等体积混合，所得溶液的pH74. 求下列溶液的pH：(1)某H2SO4溶液的浓度是0.005 molL1，此溶液的pH为_，用水稀释到原来体积的100倍，pH为_，再继续稀释104倍，pH为_。(2)pH3的盐酸与pH5的硫酸等体积混合，pH为_。(3)pH10和pH12的两种NaOH溶液等体积混合，pH为_。(4)pH12的NaOH溶液和pH4的HCl溶液等体积混合，pH为_。5. 室温下，有一pH为12的NaOH溶液100 mL，如果将其pH降为11，则：(1)若用蒸馏水应加入_mL；(2)若用pH10的NaOH溶液，应加入_mL；(3)若用pH2的盐酸，应加入_mL；(4)若用0.01 molL1硫酸，应加入_mL。答案与解析题号答案解析1A由图中曲线可以看出，HA的酸性强于HB，故电离常数HAHB，即A正确；酸性越弱，电离的程度越小，故pH2时，HB的浓度大于HA，D错；等体积时，HB的物质的量大于HA，故B、C错误2CA项，反应时氨水过量溶液显碱性，pH7，错误；B项，盐酸中c(H)1103 molL1，Ba(OH)2溶液中c(OH)1103 molL1，两者又是等体积混合，故有n(H)n(OH)，混合后溶液的pH7，错误；C项，因醋酸是弱酸，反应时酸过量，反应后pH7，错误3D100 时，NaOH和H2SO4恰好中和时，pH6，A错误；25 时，c(OH)0.4 mol/L，c(H)0.2 mol/L，等体积混合后pH大于7，B错误；C项，由于CH3COO的水解，pH大于7，C错误；D项，氨水过量，pH7，正确4(1)24接近7(2)3.3(3)11.7(4)11.7(1)c(H)0.005 molL120.01 molL1，pHlg 1022；c(H)0.01 molL1100104 molL1，pHlg 1044；pH接近7(酸无限稀释后不会变成碱)。(2)c(H) molL15104 molL1，pHlg(5104)4lg 53.3(强调103是105的100倍，所以105可以忽略不计。)(3)c(OH) molL15103 molL1，c(H) molL121012 molL1，pHlg(21012)12lg 211.7。(4)NaOH溶液中c(OH)102 molL1；HCl溶液中c(H)104 molL1，二者等体积反应，碱过量，反应后溶液呈碱性。所以反应后c(OH) molL15103 molL1，c(H) molL121012 molL1，pHlg(21012)12lg 211.75(1)900(2)1000(3)81.8(4)42.86(1)由c(OH)稀释103 molL1，得V(H2O)0.9 L900 mL。(2)设加入pH10的NaOH溶液的体积为x，c(OH)103 molL1，得x1 L1 000 mL。(3)设加入pH2的盐酸的体积为y，c(OH)103 molL1，得y0.081 8 L81.8 mL。(4)设加入硫酸的体积为z，c(OH)103 molL1得z0.042 86 L42.86 mL（第3课时）【学习目标】1.了解酸碱中和滴定的原理，熟记酸碱中和滴定的主要仪器的名称及用途。2.掌握酸碱中和滴定的实验操作、计算方法和误差分析。【学习过程】 1.中和滴定的原理：酸和碱反应的实质是HOH=H2O。用已知浓度的盐酸(标准液)来滴定未知浓度的NaOH溶液(待测液)的计算公式为c待。(1)中和滴定的概念是利用中和反应，用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。其中已知浓度的酸(或碱)溶液常称为标准液，未知浓度的碱(或酸)溶液常称为待测液。（2）中和滴定的关键是准确判断滴定终点(中和反应恰好反应完全的时刻)，其方法是在待测液中加23滴指示剂，观察滴定过程中其颜色的变化，常选用的指示剂是酚酞或甲基橙，不用石蕊试液的原因是石蕊试液颜色变化不明显。2.中和滴定的主要仪器：酸碱中和滴定所用的主要仪器是锥形瓶和滴定管。(1)滴定管的上端都标有规格大小、使用温度、0刻度，滴定管的精确读数为0.01mL。滴定管分为酸式滴定管和碱式滴定管：酸式滴定管包括玻璃活塞、长玻璃管，可盛放酸性溶液、强氧化性溶液，不能盛放碱性溶液及氢氟酸；碱式滴定管包括长玻璃管、橡皮管、玻璃球，可盛放碱性溶液。(2)滴定管的使用方法：检查仪器：使用前先检查滴定管活塞是否漏水。润洗仪器：在加入反应液之前，洁净的滴定管要用所要盛装的溶液润洗23遍。加入溶液：分别将反应液加入到相应滴定管中，使液面位于滴定管0刻度线以上23mL处。调节起始读数：在滴定管下放一烧杯，调节活塞，使滴定管尖嘴部分充满溶液，然后调节滴定管液面使其处于某一刻度，准确读取数值并记录。3中和滴定的操作步骤：滴定操作要点是左手控制活塞或玻璃小球，右手摇动锥形瓶，两眼注视锥形瓶内溶液颜色的变化。酸碱中和滴定的实验步骤可以提炼为6个关键字。(1)洗(洗涤)：洗涤仪器并进行检漏、润洗。(2)取(取液)：向酸(碱)式滴定管中注入标准液，向锥形瓶中注入待测液，加入23滴指示剂。(3)滴(滴定)：在锥形瓶下垫一张白纸，向锥形瓶中先快后慢地加入标准液(后面逐滴加入)，至指示剂发生明显的颜色变化(如由红色变为无色或红色变为橙色、无色变为粉红色等)且半分钟内不变时，停止滴定。(4)读(读数)：平视滴定管中凹液面最低点，读取溶液体积。(5)记(记录)：记录滴定前和滴定终点时滴定管中标准液的刻度，重复滴定23次将数据记入表中。(6)算(计算)：以(V终V始)为消耗的标准液的体积，取23次实验结果的平均值，依据c待(一元酸碱)计算待测液的物质的量浓度。4.中和滴定的误差分析：中和滴定实验中，产生误差的原因主要有操作不当、读数不准等，分析误差要根据计算式分析，c待测，c标准、V待测均为定值，c待测的大小取决于V标准的大小。以用标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例：步骤操作c(NaOH)洗涤未用标准溶液润洗酸式滴定管偏高锥形瓶用待测溶液润洗偏高未用待测溶液润洗取用待测液的滴定管偏低锥形瓶洗净后瓶内还残留有少量蒸馏水无影响取液取碱液的滴定管尖嘴部分有气泡且取液结束前气泡消失偏低滴定滴定完毕后立即读数，半分钟后颜色又变红偏低滴定前滴定管尖嘴部分有气泡，滴定后消失偏高滴定过程中振荡时有液滴溅出偏低滴定过程中，锥形瓶内加少量蒸馏水无影响读数滴定前仰视读数或滴定后俯视读数偏低滴定前俯视读数或滴定后仰视读数偏高中和滴定操作口诀：酸式碱式莫混用，读数视线要水平；充满尖嘴不留气，液面不要高于零；适量滴加指示剂，初始读数要记清；左手慢慢旋活塞，右手旋摇锥形瓶；两眼紧盯待测液，颜色突变立即停；记下刻度来计算，中和滴定操作完。【当堂检测】1. 某研究小组为测定食用白醋中醋酸的含量进行的如下操作，正确的是 ()A用碱式滴定管量取一定体积的待测白醋放入锥形瓶中B称取4.0gNaOH到1000mL容量瓶加水至刻度，配成1.00molL1NaOH标准溶液C用NaOH溶液滴定白醋，使用酚酞作指示剂，溶液颜色恰好由无色变为浅红色，且半分钟内不褪色时，为滴定终点D滴定时眼睛要注视着滴定管内NaOH溶液的液面变化，防止滴定过量2. 用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度，如图甲、乙，从下表中选出正确选项() A. B C只有 D3. 以已知浓度的NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸，下列情况测得结果偏高的是 （ ）用酚酞作指示剂滴定管用水洗后，未用标准溶液润洗就装入标准溶液锥形瓶盛待测液前，未用待测液润洗读数时，滴定前仰视，滴定后俯视用于取待测液的移液管未用待测液润洗在摇动锥形瓶的过程中不慎溅出了一小部分溶液A B C D4. 如图为室温下，用一定物质的量浓度的NaOH溶液滴定20mL一定物质的量浓度的盐酸的图示，据图推出盐酸和NaOH溶液的物质的量浓度(molL1)分别是()5. 在标准状况下充满HCl的烧瓶做完喷泉实验后得到稀盐酸，用标准碳酸钠溶液滴定这种盐酸测定它的准确浓度，请你回答下列问题：(1)用标准Na2CO3溶液滴定这种盐酸时，Na2CO3溶液应装在_式滴定管中，若用甲基橙作指示剂，达到滴定终点时，溶液从_色变为_色。(2)现配制三种浓度的标准Na2CO3溶液，你认为最合适的是下列第_种(填序号)。2.500 molL1 0.25 molL1 0.025 molL1(3)若采用上述合适浓度的标准Na2CO3溶液滴定，用c(Na2CO3)表示，滴定时实验数据列表如下：实验编号待测盐酸体积(mL)滴入Na2CO3溶液体积(mL)120.0018.80220.0016.95320.0017.05求这种待测稀盐酸的物质的量浓度(用数据和符号列式即可)：c(HCl)_。答案与解析题号答案解析1C2D酸式滴定管不能盛放碱液，同样碱式滴定管不能盛放酸液。指示剂应选择颜色变化明显的酚酞或甲基橙。在酸碱中和滴定中，无论是用标准溶液滴定待测液还是用待测液滴定标准溶液，只要操作正确，都能达到测定的目的3C无影响；不润洗，所用标准溶液体积增大，测定结果偏高；无影响；滴定前仰视把数值读大了，滴定后俯视把数值读小了，一个偏小的数值减去一个偏大的数值，肯定这个数值偏小，用这个数值去计算得出的结果偏低；用于取待测液的移液管未用待测液润洗，相当于稀释，所用标准溶液的体积减小，所测结果偏低；溅出来的一部分标准溶液，在计算时必定计算在内，导致所测结果偏高4A根据加入20mLNaOH溶液时，溶液pH2，推知102mol/L；根据加入30mLNaOH溶液时，溶液pH7，推知20mLc(HCl)30mLc(NaOH)；解组成的方程组得c(HCl)0.06 mol/L，c(NaOH)0.04mol/L5(1)碱红橙 (2) (3)1.7c(Na2CO3)(1)Na2CO3溶液呈碱性，应装在碱式滴定管中；甲基橙遇盐酸显红色，滴加Na2CO3溶液至滴定终点时，溶液由红色变橙色。(2)充满HCl的烧瓶做完喷泉实验后，所得盐酸的物质的量浓度为c(HCl)0.045 molL1，为减小实验误差应用浓度与之接近的Na2CO3溶液进行滴定，故选。(3)实验1中Na2CO3溶液的体积偏大，应删除，因此实验2和实验3所用Na2CO3溶液体积的平均值为17.00 mL，用甲基橙作指示剂时，Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O，因此c(HCl)1.7c(Na2CO3)