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

水的电离 溶液的酸碱性与pH【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 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：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 molL1。25时，KW=11014。要点诠释：KW与温度有关，随温度升高而逐渐增大。25时KW=11014，100时KW=11012。KW=1.01014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mol2L2，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【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)=1107 mol/L；酸性溶液：c(H+)c(OH)，c(H+)1107 mol/L；碱性溶液：c(H+)c(OH)，c(H+)1107 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 molL1盐酸中c(H+)=102 molL1，则c(OH)=1012 molL1；0.01 molL1 NaOH溶液中c(OH)=0.01 molL1，则c(H+)=1012 molL1。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。中性溶液：c(H+)=c(OH)=1107 molL1，pH=7。酸性溶液：c(H+)1107 molL1c(OH)，pH7，酸性越强，pH越小。碱性溶液：c(H+)1107 molL1c(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：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、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 molL1。c(H+)=nc，pH=lgc(H+)=lgnc（2）强碱溶液，如B(OH)n，设浓度为c molL1。，pH=lgc(H+)=14+lgnc2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】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 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，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）=1.01014，K（35）=2.11014，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： 【变式1】常温下有三种溶液a、b、c，其中a的pH=5，b中c(H+)=1104 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+)=11011 molL1，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H2OH+OH知：由水电离产生的c(H+)=c(OH)=11011 molL1，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（molL1），即pH=3；若由于c(OH)增大，则该溶液中（molL1），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】某温度下，纯水的c(H+)=2.0107 mol/L，则此时c(OH)=_，KW=_，温度不变，向水中滴入盐酸，使c(H+)=5.010-5 mol/L，则c(OH)=_。【答案】2.0107 mol/L 4.01014 8.01010 molL1【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11018，下列说法正确的是A该溶液的pH一定是9B该溶液可能pH=5C该溶液的pH不可能是7D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 molL1的盐酸和0.06 molL1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 molL1，Ba(OH)2溶液中的c(OH)=0.06 molL12=0.12 molL1，故碱过量，又因是等体积混合，故可以求出混合液中c(OH)。，molL1=11012 molL1。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：【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)=(1106+1104)/2=5.05105 (molL1)，c混(H+)=KW/c(OH)=21010 molL1，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：【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（ ）A（109+1010）molL1 B（109+1011）molL1C（1109+51011）molL1 D21011 molL1【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）【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 molL1，中和时，应该有Vac(H+)a=Vbc(OH)b，即，与题设VaVb不符。（3）由题设，可得：，即a+b140。又a=0.5b，故3a14，。又一元强碱pH=b=2a7，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（ ）Aa+b=14 Ba+b=13 Ca+b=15 Da+b=7【答案】C