高中化学第二节水的电离和溶液的酸碱性第1课时水的电离和溶液的酸碱性教学案新人教版下.docx
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高中化学第二节水的电离和溶液的酸碱性第1课时水的电离和溶液的酸碱性教学案新人教版下
第二节水的电离和溶液的酸碱性
第一课时
水的电离和溶液的酸碱性
[课标要求]
1.了解水的电离平衡及其影响因素。
2.了解水的离子积常数。
3.了解溶液的酸碱性与pH的关系。
4.掌握pH的简单计算。
1.常温下,水的离子积常数KW=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14。
2.KW只受温度的影响,不受溶液酸碱性的影响,温度不变,KW不变。
3.溶液酸碱性判断“三依据”。
根本依据
常用依据一(室温)
常用依据二(室温)
结论
c(H+)>c(OH-)
c(H+)>10-7mol·L-1
pH<7
溶液呈酸性
c(H+)=c(OH-)
c(H+)=10-7mol·L-1
pH=7
溶液呈中性
c(H+)<c(OH-)
c(H+)<10-7mol·L-1
pH>7
溶液呈碱性
4.溶液pH计算“一个凡是”、“一个必须”:
(1)凡是单一酸溶液、酸酸混合溶液、酸碱混合酸过量时,均直接求c(H+),再求pH。
(2)单一碱溶液、碱碱混合溶液、酸碱混合碱过量时,必须先求c(OH-),再求c(H+),最后求pH。
1.水的电离
(1)水是一种极弱的电解质。
(2)水的电离方程式为H2O+H2OH3O++OH-,简写为H2OH++OH-。
(3)水的电离平衡常数K电离=
。
2.水的离子积常数
(1)含义:
因为水的浓度可看作常数,所以水中的c(H+)·c(OH-)可看作常数,称为水的离子积常数,简称水的离子积,用KW表示。
(2)表达式与数值:
表达式KW=c(H+)·c(OH-),
室温时,KW=1.0×10-14。
(3)影响因素:
KW只受温度影响,由于水的电离是吸热过程,温度升高,KW增大。
[特别提醒]
(1)酸溶液中KW=c(H+)酸·c(OH-)水(忽略水电离出的H+的浓度)。
(2)碱溶液中KW=c(H+)水·c(OH-)碱(忽略水电离出的OH-的浓度)。
(3)水电离出的c(H+)与水电离出的c(OH-)一定相等。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)升高温度,水的电离平衡右移,溶液中的c(H+)和c(OH-)均增大,但KW不变( )
(2)25℃时,水的离子积KW=1×10-14,35℃时,水的离子积KW=2.1×10-14,则35℃时水中的c(H+)>c(OH-)( )
(3)某温度下,纯水中c(H+)=2.0×10-7mol·L-1,则此时c(OH-)=
=5×10-8mol·L-1( )
(4)25℃时,0.1mol·L-1的盐酸中,由水电离出的c(H+)=1.0×10-13mol·L-1( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)√
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.向水中加入少量固体CH3COOH,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.将水加热,KW增大,c(H+)不变
解析:
选B A项,NH3·H2ONH
+OH-,使c(OH-)增大,平衡逆向移动;B项,NaHSO4===Na++H++SO
,使c(H+)增大,但温度不变,KW不变;C项,CH3COOHCH3COO-+H+,使c(H+)增大,平衡逆向移动;D项,升高温度,KW增大,c(H+)增大。
1.溶液的酸碱性
溶液酸碱性的判断标准是c(H+)与c(OH-)的相对大小。
2.溶液的酸碱性与溶液中c(H+)、c(OH-)的关系
c(H+)与c(OH-)的关系
c(H+)的范围(室温下)
酸性溶液
c(H+)>c(OH-)
c(H+)>1×10-7mol·L-1
中性溶液
c(H+)=c(OH-)
c(H+)=1×10-7mol·L-1
碱性溶液
c(H+) c(H+)<1×10-7mol·L-1 (2)溶液的酸碱性与pH的关系(室温下) 4.溶液酸碱性的表示方法 (1)当c(H+)或c(OH-)大于1mol·L-1时,通常用c(H+)或c(OH-)直接表示。 (2)当c(H+)或c(OH-)小于或等于1mol·L-1时,通常用pH表示。 [特别提醒] c(H+)=1×10-7mol·L-1或pH=7的溶液不一定呈中性,只有在室温下,上述关系才成立。 1.某溶液的pH=6,则该溶液一定显酸性吗? 同样,某溶液的pH=7,则该溶液一定显中性吗? 提示: pH=6的溶液不一定显酸性,如100℃时蒸馏水的pH=6,但呈中性;pH=7的溶液不一定显中性,如100℃时,pH=7的溶液呈碱性。 2.pH试纸使用前能否用蒸馏水湿润? 若用湿润的pH试纸测量溶液的pH对结果有何影响? 提示: 使用pH试纸不能用蒸馏水湿润,湿润后相当于稀释了溶液。 若是酸性溶液,则湿润后测得pH偏大;若为碱性溶液,则湿润后测得pH偏小;若为中性溶液,则无影响。 1.溶液酸碱性的判断依据 2.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,不能测出具体数值,常见的酸碱指示剂的颜色范围为: (2)pH试纸法 ①种类 a.广泛pH试纸: 其pH范围是1~14(最常用)。 b.精密pH试纸: 其pH范围较窄,可判别0.2或0.3的pH差值。 c.专用pH试纸: 用于酸性、中性和碱性溶液的专用pH试纸。 ②使用方法: 把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测溶液点在干燥的pH试纸上,试纸变色后,与标准比色卡对比,即确定溶液的pH。 (3)pH计法 精确测定溶液的pH时使用pH计,测量时可以从pH计上直接读出溶液的pH。 1.下列说法正确的是( ) A.pH=7的溶液一定显中性 B.常温下由水电离的c(OH-)为1×10-8mol·L-1的溶液一定呈酸性 C.c(H+)<c(OH-)的溶液一定显碱性 D.c(OH-)=1×10-6mol·L-1的溶液一定呈碱性 解析: 选C 溶液的酸碱性取决于c(H+)与c(OH-)的相对大小,利用pH或c(H+)判断时应注意温度。 常温下由水电离的c(OH-)为1×10-8mol·L-1,可能溶液中c(OH-)=1×10-8mol·L-1,c(H+)=1×10-6mol·L-1,溶液呈酸性,也可能溶液中c(H+)=1×10-8mol·L-1,c(OH-)=1×10-6mol·L-1,溶液呈碱性。 2.下列溶液一定显酸性的是( ) A.溶液中c(OH-)>c(H+) B.滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液 C.溶液中c(H+)=10-6mol·L-1 D.pH>7的溶液 解析: 选B 判断溶液酸碱性的关键看c(H+)和c(OH-)的相对大小,若c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性;而pH<7或c(H+)>10-7mol·L-1,仅适用于常温时,若温度不确定,就不能用来判断溶液的酸碱性。 而B项中可使紫色石蕊溶液变红的溶液一定显酸性。 1.单一溶液pH的计算 (1)计算方法 酸: c(酸) c(H+)―→pH 碱: c(碱) c(OH-) c(H+)―→pH (2)强酸和强碱溶液pH的计算(室温条件下) ①强酸溶液,如HnA,设浓度为cmol·L-1,则c(H+)=ncmol·L-1,pH=-lg(nc)。 ②强碱溶液,如B(OH)n,设浓度为cmol·L-1,则c(OH-)=ncmol·L-1,则c(H+)= ,pH=14+lg(nc)。 2.计算混合溶液pH的基本思路 3.酸碱溶液稀释时pH的计算 (1)强酸溶液: pH=a,加水稀释10n倍,则pH=a+n。 强碱溶液: pH=b,加水稀释10n倍,则pH=b-n。 (2)弱酸溶液: pH=a,加水稀释10n倍,则a<pH<a+n。 弱碱溶液: pH=b,加水稀释10n倍,则b-n<pH<b。 (3)酸碱溶液无限稀释,pH只能接近于7,酸溶液的pH不可能大于7,碱溶液的pH不可能小于7。 1.室温下,将0.1mol·L-1的盐酸和0.06mol·L-1的Ba(OH)2溶液以等体积混合后,该混合溶液的pH是( ) A.1.7 B.12.3 C.12D.2 解析: 选C 酸碱反应时碱过量,则c(OH-)= =0.01mol·L-1,c(H+)= =10-12mol·L-1,pH=-lgc(H+)=12。 2.pH=2的A、B两种酸溶液各1mL,分别加水稀释到1000mL,其溶液的pH与溶液体积(V)的关系如图所示,则下列说法正确的是( ) ①A、B两种酸溶液物质的量浓度一定相等 ②稀释后A酸溶液的酸性比B酸溶液强 ③a=5时,A是强酸,B是弱酸 ④若A、B都是弱酸,则5>a>2 A.①②B.②③ C.③④D.①④ 解析: 选C pH=2的A、B两种酸稀释1000倍后,A溶液的c(H+)小于B溶液的c(H+),即稀释后B溶液的酸性强,说明两种酸的电离能力不同,且A的电离能力比B的电离能力强,因此pH相同的A、B两种酸溶液的物质的量浓度肯定不同,①、②错误;强酸稀释1000倍,其溶液的pH应从2上升到5,③正确;如果A、B为弱酸,则稀释1000倍时,溶液pH的增大值小于3,④正确。 3. (1)常温下,0.005mol·L-1的稀硫酸的pH=________。 (2)常温下,0.05mol·L-1的Ba(OH)2的pH=______。 (3)25℃时,将pH=6的盐酸与pH=10的NaOH溶液等体积混合,则混合溶液的pH=________。 解析: (1)c(H+)=0.005mol·L-1×2=0.01mol·L-1,pH=-lg0.01=2。 (2)c(OH-)=0.05mol·L-1×2=0.1mol·L-1,c(H+)= =10-13mol·L-1,pH=-lg10-13=13。 (3)c(H+)=1×10-6mol·L-1, n(H+)=1×10-6Vmol, n(OH-)=1×10-4Vmol, n(OH-)>n(H+),故OH-有剩余; 剩余n(OH-)≈1×10-4Vmol, c(OH-)=5×10-5mol·L-1, c(H+)=2×10-10mol·L-1, pH=-lg(2×10-10)=10-lg2=9.7。 答案: (1)2 (2)13 (3)9.7 [方法技巧] 1.溶液pH计算的口诀 碱按碱、酸按酸,同强混合在中间, 异强混合看过量,无限稀释7为限。 2.酸、碱发生中和反应后溶液pH的判断技巧 (1)酸与碱的pH之和为14,等体积混合。 常温时 规律: 谁弱谁过量,谁弱显谁性。 原因: 酸和碱已电离出的H+与OH-恰好中和,谁弱谁的H+或OH-有储备(即物质过量),还能继续电离。 (2)等体积强酸(pH1)和强碱(pH2)混合。 常温时 (3)强酸(pH1)与强碱(pH2)混合呈中性时,二者的体积关系有如下规律: ①若pH1+pH2=14,则V酸=V碱。 ②若pH1+pH2≠14,则 =10pH1+pH2-14。 [三级训练·节节过关] 1.下列说法中,正确的是( ) ①在任何条件下,纯水的pH都等于7 ②在任何条件下,纯水都呈中性 ③在95℃时,纯水的pH小于7 ④在95℃时,纯水中c(H+)小于10-7mol·L-1 A.①② B.②③ C.③④D.①④ 解析: 选B 室温下,纯水的pH才等于7,①错误;任何条件下,纯水中c(H+)=c(OH-),呈中性,②正确;加热能促进水的电离,故95℃时纯水的c(H+)大于10-7mol·L-1,pH小于7,③正确,④错误。 2.将pH=2和pH=5的稀盐酸等体积混合,混合后溶液的pH约为( ) A.3.5B.3 C.7D.2.3 解析: 选D 混合后溶液中H+浓度为: c(H+)= =5.0×10-3mol·L-1 pH=-lgc(H+)=-lg(5.0×10-3)=3-lg5=2.3。 3.下列说法正确的是( ) A.c(H+)= 的溶液一定呈中性 B.将水加热,KW增大,pH不变,仍呈中性 C.向水中加入少量氢氧化钠固体,溶液的c(OH-)增大,平衡逆向移动,KW减小 D.向0.01mol·L-1醋酸溶液中加水,溶液中水电离产生的c(H+)将减小 解析: 选A A项,溶液中c(H+)=c(OH-)时为中性,c(H+)= ,说明c(H+)=c(OH-),则溶液为中性,正确;B项,加热促进水的电离,KW增大,氢离子浓度增大,则pH减小,溶液中c(H+)=c(OH-),仍呈中性,错误;C项,向水中加入少量氢氧化钠固体,溶液的c(OH-)增大,KW只与温度有关,温度不变,则KW不变,错误;D项,酸电离的氢离子能抑制水的电离,向0.01mol·L-1醋酸溶液中加水,酸电离的氢离子浓度减小,对水的抑制程度减小,则水电离的c(H+)增大,错误。 4.某温度下纯水的c(H+)=2×10-7mol·L-1,则此时c(OH-)为________;若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4mol·L-1,则溶液中c(OH-)为________,由水电离产生的c(H+)为________,此时温度________(填“高于”“低于”或“等于”)25℃。 解析: 纯水电离出的c(H+)=c(OH-)=2×10-7mol·L-1,KW=4×10-14>1×10-14,此时温度高于25℃。 温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4mol·L-1,则溶液中c(OH-)为 =4×10-14/(5×10-4)=8×10-11(mol·L-1)=c(H+)水电离。 答案: 2×10-7mol·L-1 8×10-11mol·L-1 8×10-11mol·L-1 高于 1.下列说法正确的是( ) A.水的电离方程式: H2O===H++OH- B.pH=7的溶液一定是中性溶液 C.升高温度,水的电离程度增大 D.将稀醋酸加水稀释时,c(H+)减小,c(OH-)也减小 解析: 选C A项,水的电离方程式为H2OH++OH-,错误;B项,若溶液的温度不是室温,则pH=7的溶液不一定是中性溶液,错误;C项,水是弱电解质,电离时吸收热量,所以升高温度,水的电离程度增大,正确;D项,将稀醋酸加水稀释时,c(H+)减小,由于存在水的电离平衡,所以c(OH-)增大,错误。 2.关于水的离子积常数,下列说法不正确的是( ) A.蒸馏水中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14 B.纯水中,25℃时,c(H+)·c(OH-)=1×10-14 C.25℃时,任何以水为溶剂的稀溶液中, c(H+)·c(OH-)=1×10-14 D.KW值随温度升高而增大 解析: 选A KW只与温度有关,升高温度,KW增大,25℃时,纯水和任何物质的水溶液中KW=c(H+)·c(OH-)=1×10-14,A中未指明温度,关系式不一定成立。 3.下列叙述正确的是( ) A.95℃纯水的pH<7,说明加热可导致水呈酸性 B.pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后pH=4 C.0.2mol·L-1的盐酸与等体积水混合后pH=1 D.pH=3的醋酸溶液与pH=11的氢氧化钠溶液等体积混合后pH=7 解析: 选C 95℃的水尽管其pH<7,但因其电离出的c(H+)=c(OH-),故呈中性,A错;醋酸为弱酸,pH=3的醋酸溶液稀释至10倍时,促进其电离,故3<pH<4,B错;pH=3的醋酸溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合时,醋酸过量,pH<7,D错。 4.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 解析: 选D 升高温度,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。 5.用pH试纸测定某无色溶液的pH时,规范的操作是( ) A.用pH试纸放入溶液中,观察其颜色变化,跟标准比色卡比较 B.将溶液倒在pH试纸上,跟标准比色卡比较 C.用干燥洁净的玻璃棒蘸取溶液,滴在pH试纸上,跟标准比色卡比较 D.在试管内放入少量溶液,煮沸,把pH试纸放在管口,观察颜色,跟标准比色卡比较 解析: 选C 用pH试纸测量溶液pH时,不得将试纸放入溶液中,以免污染溶液,不能将溶液直接倒在试纸上,以免浪费溶液。 6.把80mLNaOH溶液加入到120mL的盐酸中,所得溶液的pH为2,如果混合前NaOH溶液和盐酸的物质的量浓度相同,则它们的浓度为( ) A.0.5mol·L-1 B.0.1mol·L-1 C.0.05mol·L-1D.1mol·L-1 解析: 选C 设混合前NaOH和盐酸的物质的量浓度为c,NaOH与HCl以1∶1发生中和,故剩余40mL盐酸,剩余这些盐酸n(HCl)=0.04L×c=0.04cmol,因为溶液最后pH=2即c(H+)=0.01mol·L-1所以反应后的剩余盐酸的浓度为0.01mol·L-1即 =0.01,得c=0.05mol·L-1。 7.下列说法正确的是( ) A.HCl溶液中无OH- B.NaOH溶液中无H+ C.NaCl溶液中既无OH-,也无H+ D.常温下,任何物质的稀溶液中都有H+和OH-,且KW=c(H+)·c(OH-)=10-14 解析: 选D 在水溶液中存在H2OH++OH-,HCl溶液中含有OH-,NaOH溶液中也存在H+,NaCl溶液中H+、OH-都存在,A、B、C项错误,D项正确。 8.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-1 B.1.0×10-13mol·L-1 C.1.0×10-7mol·L-1D.无法确定 解析: 选B 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,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+)= = =1.0×10-13mol·L-1。 9.计算25℃时下列溶液的pH: (1)1mLpH=2的H2SO4加水稀释至100mL,pH=________。 (2)0.001mol·L-1的盐酸,pH=________。 (3)0.01mol·L-1的NaOH溶液,pH=________。 (4)0.015mol·L-1的硫酸与0.01mol·L-1的NaOH等体积混合,混合溶液的pH=________。 解析: (1)强酸稀释100倍,pH变化2个单位,即稀释后溶液的pH=4。 (2)c(H+)=10-3mol·L-1,pH=3。 (3)c(OH-)=0.01mol·L-1,c(H+)= =10-12(mol·L-1),pH=-lg10-12=12。 (4)酸碱发生中和反应时,酸过量,则c(H+)= =0.01mol·L-1,pH=-lg0.01=2。 答案: (1)4 (2)3 (3)12 (4)2 10.下表是不同温度下水的离子积数据: 温度/℃ 25 t1 t2 水的离子积 1×10-14 a 1×10-12 试回答下列问题: (1)若25 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在t1时,测得纯水中的c(H+)=2.4×10-7mol·L-1,则c(OH-)为__________。 该温度下,测得某H2SO4溶液中c(SO )=5×10-6mol·L-1,该溶液中c(OH-)=________mol·L-1。 解析: (1)水是弱电解质,存在电离平衡,电离时吸热。 所以温度升高,水的电离程度增大,离子积增大。 (2)依据纯水存在电离平衡,水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等,某温度下纯水中的c(H+)=2.4×10-7mol·L-1,则此时溶液中的c(OH-)=2.4×10-7mol·L-1,KW=c(H+)·c(OH-)=2.4×10-7×2.4×10-7=5.76×10-14,该温度下,某H2SO4溶液中c(SO )=5×10-6mol·L-1,则溶液中氢离子浓度c(H+)=2c(SO )=1×10-5mol·L-1,c(OH-)=5.76×10-14÷10-5=5.76×10-9mol·L-1。 答案: (1)> 温度升高,水的电离程度增大,离子积增大 (2)2.4×10-7mol·L-1 5.76×10-9 1.关于溶液的酸碱性的说法正确的是( ) A.c(H+)很小的溶液一定呈碱性 B.pH=7的溶液一定呈中性 C.c(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 解析: 选C A项,c(H+)很小的溶液可能呈碱性、中性、酸性,错误;B项,室温下pH=7的溶液呈中性,但在其他温度下pH=7的溶液不一定呈中性,错误;C项,c(OH-)=c(H+)的溶液一定呈中性,正确;D项,酚酞的变色范围是8.2~10,不能使酚酞溶液变红的溶液pH<8.2,溶液也可能呈酸性、中性、碱性,错误。 2.25℃时,水中存在电离平衡: H2OH++OH-。 下列关于水的说法,不正确的是( ) A.水的电离是吸热过程 B.向水中加入少量稀硫酸,c(H+)增大,KW不变 C.含H+的溶液显酸性,含OH-的溶液显碱性 D.水是极弱的电解质,在50℃时水的pH小于7 解析: 选C A项,电解质的电离都是吸热过程,正确;B项,KW=c(H+)×c(OH-),只与温度有关,正确;C项,应该根据溶液中c(H+)与c(OH-)的相对大小判断溶液的酸碱性,错误;D项,水的电离是吸热过程,常温下水的pH等于7,升温到50℃,c(H+)增大,pH减小,正确。 3.在相同温度下,0.01mol·L-1NaOH溶液和0.01mol·L-1的盐酸相比,下列说法正确的是( ) A.由水电离出的c(H+)相等 B.由水电离出的c(H+)都是1.0×10-12mol·L-1 C.由水电离出的c(OH-)都是0.01mol·L-1 D.两者都促进了水的电离 解析: 选A 若该温度下水的离子积常数为KW(不一定是25℃),则在0.01mol·L-1的NaOH溶液中,由水电离的c(H+)= = mol·L-1,在0.01mol·L-1的HCl溶液中,由水电离出的c(H+)=c(OH-)水电离= mol·L-1。 4.pH相同
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