2024-2025学年新教材高中化学第3章水溶液中的离子反应与平衡第2节第1课时水的电离溶液的酸碱性与pH教案新人教版选择性必修第一册

PAGE10-第1课时水的电离溶液的酸碱性与pH发展目标体系构建1.相识水的电离，了解水的离子积常数。2.相识溶液的酸碱性及pH，驾驭检测溶液pH的方法。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H2O＋H2OH3O＋＋OH－，也可简写为H2OH＋＋OH－。2．水的离子积常数(1)水的电离常数：K电离＝eq\f(cH＋·cOH－,cH2O)。(2)水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)。随着温度的上升，水的离子积增大。在室温下，纯水中的c(H＋)＝c(OH－)＝10－7mol·L－1，Kw＝1.0×10－14。(3)适用范围Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质溶液。上升温度，水的平衡常数如何改变？提示：上升温度，水的平衡常数增大。二、溶液的酸碱性与pH1．比较常温时下列状况中，c(H＋)和c(OH－)的值或改变趋势(选填“增大”或“减小”“1×10－7mol·L－1”体系纯水向纯水中加入少量盐酸向纯水中加入少量氢氧化钠溶液c(H＋)10－7_mol·L－1增大减小c(OH－)10－7_mol·L－1减小增大c(H＋)和c(OH－)的大小比较相等c(H＋)>c(OH－)c(H＋)<c(OH－)酸性溶液中是否含有OH－，碱性溶液中是否含有H＋？提示：依据水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)可以推断，酸性溶液中、碱性溶液中均含有H＋和OH－。2．溶液的酸碱性与c(H＋)、c(OH－)的关系(选填“＞”“＜”或“＝”)c(H＋)与c(OH－)的关系c(H＋)的范围(25℃)/(mol·L－1)中性溶液c(OH－)＝c(H＋)c(H＋)＝1.0×10－7酸性溶液c(OH－)<c(H＋)c(H＋)>1.0×10－7碱性溶液c(OH－)>c(H＋)c(H＋)<1.0×10－73.溶液的酸碱性与pH(1)pH(2)溶液的酸碱性与pH的关系(常温下)(3)溶液酸碱性的测定方法①酸碱指示剂法该法只能测其酸碱性，即pH的大致范围，不能测出详细数值，常见的酸碱指示剂的变色范围(pH)：②利用pH试纸测定。运用pH试纸的正确操作为取一小块pH试纸于干燥干净的玻璃片或表面皿上，用干燥干净的玻璃棒蘸取试液点在试纸上，当试纸颜色改变稳定后快速与标准比色卡比照，读出pH。③利用pH计测定。仪器pH计可精确测定试液的pH(读至小数点后2位)。(4)pH的应用①医学上血液的pH是诊断疾病的一个重要参数。②人体健康调整：如洗发时人们用的护发素主要功能是调整头发的pH使之达到相宜的酸碱度。③环保领域中测定酸性或碱性废水的pH，利用中和反应进行处理。④在农业生产中调整土壤的pH，更相宜农作物生长。⑤在科学试验和工业生产中，溶液的pH是影响试验结果或产品质量、产量的一个关键因素。某溶液的pH＝6，则该溶液肯定显酸性吗？同样，某溶液的pH＝7，则该溶液肯定显中性吗？提示：pH＝6的溶液不肯定显酸性，如100℃时蒸馏水的pH＝6，但呈中性；pH＝7的溶液不肯定显中性，如100℃时pH＝7的溶液呈碱性。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)温度肯定时，水的电离常数与水的离子积常数相等。 (×)(2)100℃的纯水中c(H＋)＝1×10－6mol·L－1，此时水呈酸性。 (×)(3)任何温度下，利用H＋和OH－浓度的相对大小均可推断溶液的酸碱性。 (√)(4)某溶液的c(H＋)＞10－7mol·L－1，则该溶液呈酸性。 (×)2．25℃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CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)降低D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变B[本题考查外界条件对水的电离平衡的影响。解答时要先分析水的电离平衡的移动方向，再探讨c(H＋)、c(OH－)或Kw的改变。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=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，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，c(H＋)增大，D项不正确。]3．常温下，某溶液中由水电离出的c(H＋)水＝1.0×10－13mol·L－1，该溶液可能是()A．二氧化硫水溶液B．氯化钠水溶液C．硝酸钠水溶液D．硫酸钠水溶液A[c(H＋)水＝1.0×10－13mol·L－1＜1.0×10－7mol·L－1，说明水的电离受到抑制，溶液既可能呈酸性，也有可能呈碱性。A项，SO2＋H2OH2SO3，H2SO3HSOeq\o\al(－,3)＋H＋，HSOeq\o\al(－,3)SOeq\o\al(2－,3)＋H＋，溶液呈酸性。B、C、D项溶液呈中性，不符合题意。]水的电离(素养养成——宏观辨识与微观探析)用电导仪测定水的电导率，如下图。接通直流电源，发觉纯水的电导率不为零，说明纯水中含有自由移动的离子，说明纯水中部分水发生了电离。[问题1]由以上试验推断水是不是电解质？若是，请写出水的电离方程式，并推断由水分子电离出的OH－和H＋数目是否相等？提示：水是弱电解质，H2OH＋＋OH－，水电离出的H＋和OH－的数目相等。[问题2]结合弱电解质电离平衡的影响因素，填写下表空白。水的电离平衡：H2OH＋＋OH－ΔH＞0影响因素移动方向c(H＋)c(OH－)Kw升温向右移动增大增大增大加酸向左移动增大减小不变加碱向左移动减小增大不变[问题3]在水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)中，c(H＋)、c(OH－)都是水电离出的c(H＋)、c(OH－)吗？在酸或碱溶液中水电离出的c(H＋)与c(OH－)还相等吗？提示：Kw＝c(H＋)·c(OH－)中，c(H＋)、c(OH－)不肯定都是水电离出来的。在酸或碱溶液中水电离出的c(H＋)与c(OH－)相等。水电离出的c(H＋)或c(OH－)的计算Kw表达式中，c(H＋)、c(OH－)均表示整个溶液中总物质的量浓度，但是一般状况下有：(1)酸溶液中Kw＝c(H＋)酸·c(OH－)水(忽视水电离出的H＋的浓度)，即c(H＋)水＝c(OH－)水＝Kw/c(H＋)酸。(2)碱溶液中Kw＝c(H＋)水·c(OH－)碱(忽视水电离出的OH－的浓度)，即c(H＋)水＝Kw/c(OH－)碱。(3)纯水中，水电离出的c(H＋)与水电离出的c(OH－)肯定相等，即c(H＋)＝c(OH－)＝eq\r(Kw)。1．常温下，0.1mol·L－1的NaOH溶液中由水电离出的OH－的物质的量浓度为()A．0.1mol·L－1B．1.0×10－13mol·L－1C．1.0×10－7mol·L－1D．1.0×10－6mol·L－1B[NaOH为强碱，在水溶液中完全电离为Na＋和OH－，水电离出的OH－很少，可以忽视不计，所以0.1mol·L－1的NaOH溶液中c(OH－)＝0.1mol·L－1，则由水电离出的OH－的物质的量浓度＝c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)＝eq\f(1.0×10－14,0.1)＝1.0×10－13mol·L－1。]2．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)将A点变为B点，实行的措施是_______________________。(3)C点c(H＋)＝________，D点c(OH－)＝________。[解析](1)水的电离是吸热过程，当温度上升时，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曲线改变状况及c(H＋)、c(OH－)可以推断25℃时水的电离平衡曲线应为A。(2)A点Kw＝10－14，B点Kw＝10－12，故由A点变为B点须进行升温。(3)c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)＝eq\f(10－14,10－6)mol·L－1＝10－8mol·L－1。c(OH－)＝eq\f(Kw,cH＋)＝eq\f(10－14,10－6)mol·L－1＝10－8mol·L－1。[答案](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)上升温度至100℃(3)10－8mol·L－110－8mol·L－1溶液pH的测定与计算(素养养成——宏观辨识与微观探析)中学化学试验中，淡黄色的pH试纸常用于测定溶液的酸碱性。在25℃时，若溶液的pH＝7，试纸不变色；若pH<7，试纸变红色；若pH>7，试纸变蓝色。而要精确测定溶液的pH，需用pH计。pH计主要通过测定溶液中H＋浓度来测定溶液的pH。[问题1]现欲测定100℃沸水的pH及酸碱性，甲同学运用pH试纸测定，请推想pH试纸呈什么颜色，溶液的酸碱性如何？提示：试纸呈淡黄色，沸水呈中性。[问题2]同样测定100℃沸水的pH及酸碱性，乙同学选择了pH计，请分析pH计的读数等于7吗？水溶液还呈中性吗？提示：由于沸水电离程度增大，溶液中c(H＋)增大，所以测定的pH<7，但由于c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性。[问题3]丙同学测定溶液pH时先将pH试纸润湿后再进行测定。分析这样测定的pH会有怎样的误差？提示：可能变大，可能变小，也可能不变。因为用水润湿以后再测定溶液的酸碱性时就相当于稀释溶液，当溶液为酸性时，酸性减弱，pH变大；当溶液为碱性时，碱性减弱，pH变小；当溶液呈中性时，用水润湿，没有影响，所以pH不变。[问题4]25℃某溶液由水电离出的c(H＋)＝1×10－12mol·L－1，请探究该溶液的pH可能为多少？提示：若为酸性溶液，则水电离出的c(OH－)＝1×10－12mol·L－1，则c(H＋)＝eq\f(1×10－14,1×10－12)mol·L－1＝1×10－2mol·L－1，则pH＝2；若为碱性溶液，则c(H＋)＝c(H＋)水＝1×10－12mol·L－1，则pH＝12。1．单一溶液pH的计算(1)强酸溶液，如HnA溶液，设溶质的物质的量浓度为cmol·L－1，c(H＋)＝ncmol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝－lgnc。(2)强碱溶液，如B(OH)n溶液，设溶质的物质的量浓度为cmol·L－1，c(H＋)＝eq\f(10－14,nc)mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝14＋lgnc。2．两强酸混合后pH的计算由c(H＋)混＝eq\f(cH＋1V1＋cH＋2V2,V1＋V2)先求出混合后的c(H＋)混，再依据公式pH＝－lgc(H＋)求pH。若两强酸溶液等体积混合，可采纳速算方法：混合后溶液的pH等于混合前溶液pH小的加0.3。如pH＝3和pH＝5的盐酸等体积混合后，pH＝3.3。3．两强碱混合后pH的计算由c(OH－)混＝eq\f(cOH－1V1＋cOH－2V2,V1＋V2)先求出混合后的c(OH－)混，再通过Kw求出混合后的c(H＋)，最终求pH。若两强碱溶液等体积混合，可采纳速算方法：混合后溶液的pH等于混合前溶液pH大的减0.3。如pH＝9和pH＝11的烧碱溶液等体积混合后，pH＝10.7。4．强酸、强碱混合后溶液pH的计算方法(1)若强酸、强碱混合恰好完全反应，则混合后溶液中的pH＝7(25℃)。(2)若酸过量，干脆求反应后溶液中的c混(H＋)，c混(H＋)＝eq\f(cH＋V酸－cOH－V碱,V酸＋V碱)。(3)若碱过量，应先求混合后溶液中的c混(OH－)，再求c混(H＋)，c混(OH－)＝eq\f(cOH－V碱－cH＋V酸,V酸＋V碱)，c混(H＋)＝eq\f(Kw,c混OH－)。题组1溶液pH的测定1．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，再与标准比色卡比照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，再与标准比色卡比照C．将一小块试纸在待测液中蘸一下，取出后放在表面皿上，与标准比色卡比照D．将一小块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比照A[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。]2．有一学生在试验室测某溶液的pH，试验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用干净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。(1)该学生的操作________(填“正确”或“错误”)，其理由是__________________________________________________________________；(2)该操作是否肯定有误差？_____________________________________________________________________________________________________；(3)若用此方法分别测定c(OH－)相等的氢氧化钠溶液和氨水的pH，误差较大的是____________，缘由是____________；(4)只从下列试剂中选择试验所需的试剂，你能否区分0.1mol·L－1硫酸溶液和0.01mol·L－1硫酸溶液？________(填“能”或“否”)，简述操作过程：____________________________。试剂：a.紫色石蕊试液b．酚酞试液c．甲基橙溶液d．蒸馏水e．氯化钡溶液f．pH试纸[解析](1)用pH试纸测量溶液时，pH试纸不能润湿，否则相当于将原溶液稀释。(2)若溶液呈酸性或碱性，稀释必定会造成测量数据错误，若溶液呈中性，则对结果无影响。(3)NH3·H2O是弱电解质，加水稀释时，促进它的电离，故对OH－浓度相等的氢氧化钠和氨水溶液来说，加水稀释相同倍数，氨水的pH减小程度小些，误差小些。(4)分别测定这两种硫酸溶液的pH，pH较小的是浓度较大的硫酸溶液，pH较大的是浓度较小的硫酸溶液。[答案](1)错误该学生测得的pH是稀释后溶液的pH(2)该学生操作错误，但不肯定产生误差。因为原溶液不是中性时，稀释后溶液的pH发生了改变，只是弱酸或弱碱溶液改变程度小些；若是中性溶液，稀释不会产生误差(3)氢氧化钠溶液稀释过程中，NH3·H2O接着电离出OH－，弥补了因稀释OH－浓度减小浓度，所以测得氢氧化钠溶液误差较大(4)能用玻璃棒分别蘸取两种溶液滴在两张pH试纸上，其显示的颜色与标准比色卡比照，pH较大的是0.01mol·L－1硫酸溶液题组2溶液的混合与稀释3．常温下，关于溶液的稀释，下列说法正确的是()A．pH＝3的醋酸溶液稀释100倍，pH＝5B．pH＝4的H2SO4溶液加水稀释100倍，溶液中由水电离产生的c(H＋)＝1×10－6mol·L－1C．将1L0.1mol·L－1的Ba(OH)2溶液稀释为2L，pH＝13D．pH＝8的NaOH溶液稀释100倍，其pH＝6C[A项，CH3COOH是弱酸，在稀释过程中电离程度增大，稀释100倍后，3<pH<5；B项，pH＝4的H2SO4溶液稀释100倍时，溶液中的c(H＋)＝1.0×10－6mol·L－1，水电离的c(OH－)＝eq\f(Kw,cH＋)＝1×10－8mol·L－1，由水电离的c(OH－)与水电离的c(H＋)相等；C项，0.1mol·L－1Ba(OH)2溶液稀释到2L时，c(OH－)＝0.1mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)＝10－13mol·L－1，pH＝13；D项，NaOH溶液是强碱溶液，不论怎样稀释，pH在常温下不行能为6，只能无限地接近于7。]4．某温度下，相同pH的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释，pH随溶液体积改变的曲线如图所示。据图推断正确的是()A．Ⅱ为盐酸稀释时pH改变曲线B．b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强C．a点Kw的数值比c点Kw的数值大D．b点酸溶液的总浓度大于a点酸溶液的总浓度B[由图示稀释相同倍数，pH改变大的是盐酸，故Ⅰ为盐酸稀释时pH改变曲线，A错；b点比c点pH小，故b点c(H＋)大，导电性：b>c，B正确；C项，温度不变，Kw不变，故C错；D项，pH：b>a，故c(H＋)：a>b，D错。]5．常温下，pH＝2的盐酸与pH＝4的盐酸，若按1∶10的体积比混合后，溶液的c(H＋)为________，pH为________。[解析]c(H＋)＝eq\f(10－2×1＋10－4×10,11)mol·L－1＝10－3mol·L－1，pH＝3。[答案]1×10－3mol·L－136．常温下，将200mL5×10－3mol·L－1NaOH溶液与100mL2×10－2mol·L－1NaOH溶液混合后，溶液的c(OH－)为________，c(H＋)为________，pH为________。[答案]1.0×10－2mol·L－11.0×10－12mol·L－112pH相等的强酸、弱酸、强碱、弱碱稀释规律(1)稀释过程中强酸、强碱比弱酸、弱碱的pH改变快；(2)当稀释相同的倍数时，强酸、强碱pH改变大于弱酸、弱碱；(3)当稀释至pH相同时，弱酸、弱碱稀释的倍数大。1．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D[上升温度，水的电离平衡右移，电离程度增大，c(H＋)和c(OH－)同时增大，Kw增大，但由于c(H＋)和c(OH－)始终保持相等，故仍呈中性。]2．下列溶液肯定呈酸性的是()A．c(H＋)＝10－6mol·L－1的溶液B．pH<7的溶液C．c(H＋)>c(OH－)的溶液D．滴加酚酞显无色的溶液C[酸性溶液是指c(H＋)>c(OH－)的溶液；滴加酚酞显无色的溶液，有可能显酸性也有可能显弱碱性；由于未指明温度，不能依据c(H＋)＝10－6mol·L－1或pH<7来推断溶液的酸碱性。]3．室温下，取浓度相同的NaOH和HCl溶液，以3∶2体积比混合，所得溶液pH＝12，则原溶液的浓度为()A．0.01mol·L－1 B．0.017mol·L－1C．0.05mol·L－1 D．0.50mol·L－1C[设原溶液的浓度为c，两者反应后碱过量，应