高三一轮复习教案基本概念和基本理论水的电离和溶液的PH原创.docx
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高三一轮复习教案基本概念和基本理论水的电离和溶液的PH原创
水的电离和溶液的PH(原创)
备考目标:
1.通过对水的电离、离子积、pH定义等重要知识和方法迁移应用的练习,提高认知能力;
2.灵活解答水的电离平衡的相关问题;
3.掌握混合溶液pH计算的方法,并能运用数学工具解决一些有关pH计算的综合问题
要点精讲
一、电离平衡
1.电解质与非电解质
(1)概念
电解质:
在熔融状态或溶液状态下能导电的化合物
常见物质类别:
酸、碱、盐、氧化物等。
非电解质:
在熔融状态和溶液状态下都不能导电的化合物
常见物质类别:
大多数有机物、酸性氧化物(如C02、SO2等)、氨气等。
[探究]1.如何用实验区分电解质与非电解质?
2.金属Cu常用作导线,NH3的水溶液能导电,能否说明Cu、NH3是电解质?
3.总结金属导电与电解质导电的区别。
(2)电解质溶液的导电其实质是电解质溶液的电解过程,其导电能力的大小取决于离子浓度的大小。
2.强电解质与弱电解质
强电解质
弱电解质
电离程度
完全电离
部分电离
化合物类型
离子化合物、
强极性键的共价化合物
某些弱极性键的共价化合物
电离过程
不可逆、不存在平衡
可逆、存在电离平衡
溶液中的微粒
阴、阳离子
阴、阳离子,电解质分子
实例
强酸、强碱、大多数盐
弱酸、弱碱、水等
3.弱电解质的电离平衡
(1)定义:
一定条件下(温度、浓度),弱电解质电离成离子的速率和离子结合成分子速率相等的状态叫弱电解质的电离平衡。
弱电解质在溶液中达到电离平衡时,溶液里离子的浓度、分子的浓度都不再改变。
(2)电离平衡的建立
(3)特征
“等”:
v电离=v结合
“动”:
动态平衡,v电离=v结合≠0
“定”:
平衡时分子、离子的浓度不再变化
“变”:
电离平衡是相对的平衡,外界条件改变,平衡可能要移动,移动的方向运用勒夏特列原理判断。
(4)影响电离平衡的因素
①决定性因素——弱电解质的本性。
②外因:
溶液浓度—同一弱电解质,物质的量浓度越大,离子浓度越大,电离度越小
温度—由于弱电解质电离过程均要吸热,因此温度升高,电离度增大。
4、电离平衡常数
(1)概念:
在一定条件下,弱电解质的电离达到平衡时,溶液中电离所生成的各种离子浓度的系数次方之积跟溶液中未电离的分子的浓度系数次方之积的比是一个常数,这个常数叫电离平衡常数,简称电离常数,用K表示。
(酸的电离平衡常数也可用Ka表示,碱的电离平衡常数也可用Kb表示)
(2)电离平衡常数的意义:
K值越大,说明电离程度越大,酸碱也就越强;
K值越小,说明电离程度越小,离子结合成分子就越容易,酸碱就越弱。
(3)影响K的外界条件:
对于同一电解质的稀溶液来说,K只随温度的变化而变化,一般温度升高,K值变大。
若不指明温度,一般指25℃。
(4)多元弱酸、多元弱碱的电离
多元弱酸的电离是分步电离的,每步电离都有电离平衡常数,通常用K1、K2、K3分别表示。
如:
磷酸的三个K值,K1》K2》K3,但第一步电离是主要的,磷酸溶液的酸性主要由第一步电离决定。
因此在说明磷酸溶液显酸性的原因时,只写第一步电离方程式。
多元弱碱的电离也是分步电离的,但习惯上书写其电离方程式时,可写其总的电离方程式。
如:
Cu(OH)2
Cu2++2OH-
5、电离与电离方程式
强电解质电离方程式的书写一步完成。
弱电解质电离方程式的书写(电离方程式中用可逆符号“
”表示)
一元弱酸、弱碱一步完成:
NH3·H2O
NH4++OH-;CH3COOH
CH3COO-+H+
多元弱酸的电离是分步进行的,如H3PO4:
H3PO4
H++H2PO4-
H2PO4-
H++HPO42-HPO42-
H++PO43-
多元弱酸溶液的酸性主要由第一步电离所决定。
多元弱碱的电离与多元弱酸电离的情况类似,但在书写多元弱碱的电离方程式时,往往当成一步完成。
如Fe(OH)3:
Fe(OH)3
Fe3++3OH-
二、水的电离、溶液的pH值
1.水的电离、水的离子积
(1)水是一个极弱的电解质。
存在极弱的电离:
H2O
H++OH-或H2O+H2O
H3O++OH-
其特点是自身作用下发生的极微弱的电离,类似的还有:
2NH3
NH2-+NH4+
(2)水的离子积
在25℃时,纯水中的c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L
①Kw=c(H+)·c(OH-)=10-14
②水的离子积适用于所有稀的水溶液,而不论其是酸性、碱性或中性溶液
③水的离子积随温度升高而增大
(3)影响水的电离的因素
①纯水中加入酸或碱,抑制水的电离,由水电离出的H+和OH-等幅减小。
②纯水中加入能水解的盐,促进水的电离,由水电离出的H+和OH-等幅增大。
③任何电解质溶液中的H+和OH-总是共存的,c(H+)和c(OH-)此增彼减,但c(H+)·c(OH-)仍为常数。
在25℃时,Kw=10-14。
2.溶液的酸碱性、pH值
(1)、溶液呈的酸碱性何性,取决于溶液中[H+]、[OH—]的相对大小:
pH值的大小取决于溶液中的[H+]大小
溶液酸碱性
[H+]与[OH—]关系
任意湿度
室温(mol/L)
pH值(室温)
酸性
[H+]>[OH—]
[H+]>1×10—7
<7
中性
[H+]=[OH—]
[H+]=[OH—]=1×10—7
=7
碱性
[H+]<[OH—]
[H+]>1×与10—7
>7
、酸性越强,pH值越小,碱性越强,pH值越大,pH值减小一个单位,[H+]就增大到原来的10倍,pH值减小n个单位,[H+]的增大到原来的10n倍.
、任意水溶液中[H+]≠0,但pH可为0,此时[H+]=1mol/L,一般[H+]>1mol/L时,pH<0,故直接用[H+]表示.
(2)溶液的pH:
、定义:
pH=-lg{c(H+)},pH=-lg[H+],pOH=-lgKw=pKw
、适应范围:
稀溶液,0~14之间。
有关溶液的pH值的几个注意问题:
①pH值是溶液酸碱性的量度。
常温下,pH=7溶液呈中性;pH值减小,溶液的酸性增强;pH值增大,溶液的碱性增强。
②pH值范围在0-14之间。
pH=0的溶液并非没有H+,而是C(H+)=1mol/L;pH=14的溶液并非没有OH-,而是C(OH-)=1mol/L。
pH改变一个单位,C(H+)就改变10倍,即pH每增大一个单位,C(H+)就减小到原来的1/10;pH每减小一个单位,C(H+)就增大到原来的10倍。
③当C(H+)>1mol/L时,pH值为负数,当C(OH-)>1mol/L时,pH>14。
对于C(H+)或C(OH-)大于1mol/L的溶液,用pH值表示反而不方便,所以pH值仅适用于C(H+)或C(OH)小于等于1mol/L的稀溶液。
④也可用pOH来表示溶液的酸碱性,pOH=-lgC(OH--),因为C(H+)·C(OH-)=10-14,若两边均取负对数,得pH+pOH=14。
⑤可用 pH试纸来测定溶液的pH值。
方法:
用洁净的干玻璃棒直接蘸取少许待测液,滴在pH试纸上(注意不能将pH试纸先用水沾湿或用湿的玻璃棒,因为这样做,实际上已将溶液稀释,导致所测定的pH不准确)将pH试纸显示的颜色随即(半分钟内)与标准比色卡对照,确定溶液的pH值(因为时间长了,试纸所显示的颜色会改变,致使测得的pH不准。
)
(3)有关pH计算的解题规律
单一溶液的pH计算
强酸溶液,如HnA,设浓度为cmol·L-1,则
c(H+)=ncmol·L-1,pH=—lg{c(H+)}=—lgnc
强碱溶液,如B(OH)n,设浓度为cmol·L-1,则
c(H+)=10—14/ncmol·L-1,pH=—lg{c(H+)}=14+lgnc
酸碱混合pH计算
适用于两种强酸混合c(H+)混=[c(H+)1V1+c(H+)2V2]/(V1+V2)。
适用于两种强碱混合c(OH—)混=[c(OH—)1V1+c(OH—)2V2]/(V1+V2)
适用于酸碱混合,一者过量时:
=
c(OH—)混|c(H+)酸V酸—c(OH—)碱V碱|
c(H+)混V酸+V碱
说明:
若两种强酸(pH之差大于2)等体积混合,混合液pH=pH小+0.3
若两种强碱(pH之差大于2)等体积混合,混合液pH=pH大—0.3
恰好完全反应,则c(H+)酸V酸=c(OH—)碱V碱
注意:
.强酸(强碱)、弱酸(弱碱)加水稀释后的pH变化规律
1.对于强酸溶液(pH=a,a+n<7),每稀释10n倍,pH值增大n个单位,即pH=a+n
2.对于强碱溶液(pH=b,b-n>7),每稀释10n倍,pH值减小n个单位,即pH=b-n
3.对于弱酸溶液(pH=a),每稀释10n倍,pH值的范围是:
a 4.对于弱碱溶液(pH值=b),每稀释10n倍,pH值的范围是: b-n 5.对于物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,pH值变化也不同,其结果是强酸稀释后,pH值增大比弱酸快(强碱、弱减类似)。 说明: 1.酸、碱溶液无限稀释时,pH值只能约等于7或接近于7,酸不能大于7;碱不能小于7,即无限稀释以7为界限。 2.常温下弱酸(弱碱)用水稀释,当弱酸(弱碱)电离的H+(OH-)浓度小于10—6mol·L-1时,计算稀释液的pH值,不能忽略水的电离。 知识点总结: (1)强弱电解质的电离 (2)pH与起始浓度的关系 (3)有关混合溶液pH的计算 (4)改变条件对弱电解质电离平衡离子浓度的影响 考点精析 考点一: 水的电离 例 (1)与纯水的电离相似,液氨中也存在着微弱的电离: 2NH3 NH4++NH2- 据此判断以下叙述中错误的是() A.液氨中含有NH3、NH4+、NH2-等微粒 B.一定温度下液氨中C(NH4+)·C(NH2-)是一个常数 C.液氨的电离达到平衡时C(NH3)=C(NH4+)=C(NH2-). D.只要不加入其他物质,液氨中C(NH4+)=C(NH2-) (2)完成下列反应方程式 ①在液氨中投入一小块金属钠,放出气体 ②NaNH2溶于水的反应 ③类似于“H++OH—=H2O”的反应 考点二: 水的离子积 例、某温度下纯水中C(H+)=2×10-7mol/L,则此时溶液中的C(OH-)=___________。 若温度不变,滴入稀盐酸使C(H+)=5×10-6mol/L,则此时溶液中的C(OH-)=_______。 考点三: 水的电离平衡的移动 例、某溶液中由水电离出来的C(OH—)=10-12mol/L,则该溶液中的溶质不可能是() A、HClB、NaOHC.NH4ClD、H2SO4 例、能促进水的电离,并使溶液中C(H+)>C(OH—)的操作是() (1)将水加热煮沸 (2)向水中投入一小块金属钠(3)向水中通CO2(4)向水中通NH3(5)向水中加入明矾晶体(6)向水中加入NaHCO3固体(7)向水中加NaHSO4固体 A、 (1)(3)(6)(7)B、 (1)(3)(6)C、(5)(7)D、(5). 考点四: pH的定义方法 例、下列溶液,一定呈中性的是() A.由等体积、等物质的量浓度的一元酸跟氢氧化钠溶液混合后所形成的溶液 B.[H+]=1×10-7mol·L-1的溶液 C.pH=14-pOH的溶液 D.pH=pOH的溶液. 考点五: 溶液pH的计算 例、室温下将n体积pH=10和m体积pH=13两种NaOH溶液混合得pH=12的NaOH溶液,则n: m= 典型例题 例1、某温度下纯水的 ,则此时 为多少? 若温度不变,滴入稀 ,使 ,则由水电离产生的 为多少? 例2、物质的量的浓度为0.05mol/L的硫酸溶液的pH是多少? 由水电离的氢离子浓度是多大? 例3、取pH为4的盐酸溶液1mL稀释到100mL后,溶液的pH是多少? 再冲稀100倍后的溶液的pH是多少? 例4、将物质的量的浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液20mL与0.2mol/L的盐酸30mL混合后,溶液的pH是多少? 例5、25℃时,某溶液中由水电离出的c(H+)为 ,则该溶液的pH可能等于() A.11 B.8 C.7 D.3 例6、用水将pH=3的CH3COOH稀释一倍后,溶液的pH为() A.3 B.3.15 C.3.3 D.2.7 例7、能促进水的电离,并使溶液中C(H+)>C(OH—)的操作是() (1)将水加热煮沸 (2)向水中投入一小块金属钠(3)向水中通CO2(4)向水中通NH3(5)向水中加入明矾晶体(6)向水中加入NaHCO3固体(7)向水中加NaHSO4固体 A、 (1)(3)(6)(7)B、 (1)(3)(6)C、(5)(7)D、(5) 例8、25ºC,若10体积的某强碱溶液与1体积的某强酸溶液混合后,溶液呈中性,则混合之前,该碱的pH与强酸的pH之间该满足的关系是_______________________ 演练提高 1.水是一种极弱的电解质,在室温下平均每n个水分子只有一个水分子能电离,则n是() A.1×10-4B.55.6×107C.1×107D.6.02×1021 2.将1mol·L-1H2SO4溶液100mL与质量分数为10%的NaOH溶液50g混合均匀后,滴入甲基橙指示剂,此时溶液的颜色是() A.浅紫色B.黄色C.红色D.无色 3.pH定义为pH=-lg{c(H+)},pOH定义为pOH=-lg{c(OH-)},Kw表示25℃时水的离子积常数,则弱酸性溶液中的c(H+)可表示为() A、Kw/pOHmol/LB、10pOH-14mol/L C、1014-pOHmol/LD、10-pOHmol/L 4.能使水的电离平衡正向移动,而且所得溶液呈酸性的是() A.将水加热到100℃时,水的pH=6B.向水中滴加少量稀硫酸 C.向水中滴加少量NaHCO3D.向水中加入少量明矾晶体 5.常温下某溶液中水电离出的C(H+)=1×10-13mol/L,则下列说法中正确的是() A.该溶液一定呈酸性B.该溶液一定呈碱性 C.该溶液中一定有C(OH-)=0.1mol/LD.该溶液的pH值为1或13 6.25℃时,在水电离出的C(H+)=1×10-5摩/升的溶液中,一定能大量共存的是() A.Al3+、NH4+、SO42-、Cl-B.Mg2+、K+、SO42-、HCO3- C.K+、Na+、Cl-、SO42-D.Ba2+、Cl-、Na+、PO43- 7.有①、②、③三瓶体积相等,浓度都是1mol/L的HCl溶液,将①加热蒸发至体积减小一半,在②中加入CH3COONa固体(加入后溶液仍呈酸性),③不作改变,然后以酚酞作指示剂,用溶液滴定上述三种溶液,消耗的NaOH溶液的体积是() A、①=③>②B、③>②>①C、①=②=③D、①<②=③ 8.NH4Cl溶于重水(D2O)生成一水合氨和水合离子的化学式为() A、NH3·D2O和HD2O+B、NH3·HDO和D3O+ C、NH2D·D2O和DH2O+D、NH2D·HDO和D3O+ 9.室温时,pH=10的氨水和Na2CO3溶液中,水电离产生的C(H+)前者与后者之比() A.1∶1B.10¯10∶10¯4C.10¯4∶10¯10D10¯10∶10¯7 10.25℃,向VmLpH=a的NaOH溶液中滴加pH=b的盐酸10VmL时,溶液中Cl—的物质的量恰好等于加入Na+的物质的量,则此时(a+b)的值为() A、13B、14C、15D、无法判断 11.在医院中,为酸中毒病人输液不应采用() A0.9%氯化钠溶液B0.9%氯化铵溶液 C1.25%碳酸氢钠溶液D5%葡萄糖溶液 12.若室温时PH=a的氨水与PH=b的盐酸等体积混和,恰好完全反应,则该氨水的电离度可表示为()A.10(a+b-12)%B.10(a+b-14)%C.10(12-a-b)%D.10(14-a-b)% 13.把40毫升Ba(OH)2溶液加入到120毫升盐酸中,所得的溶液的PH值为2。 如果混和前Ba(OH)2和盐酸两种溶液PH值之和为14,则盐酸的物质的量浓度接近于() A.0.015摩/升B.0.02摩/升C.0.03摩/升D.0.04摩/升 14.已知NaHSO4在水中的电离方程式为NaHSO4=Na++H++SO42—。 某温度下,向pH=6的蒸馏水中加入NaHSO4晶体,保持温度不变,测得溶液pH为2,对于该溶液,下列叙述不正确的是() A、该温度高于25℃ B、水电离出来的c(H+)=1.0×10-10mol/L C、c(H+)=c(OH—)+C(SO42—) D、该温度下加入等体积pH值为12的NaOH溶液可使反应后的溶液恰好呈中性 15.4体积pH=9的Ca(OH)2溶液跟1体积pH=13的NaOH溶液混合后,溶液中氢离子浓度为() A.5×10-13mol/LB.2×10-12mol/L C.1/5(4×10-9+1×10-13)mol/LD.1/5(4×10-5+1×10-1)mol/L 16.a、b、c、d四种溶液PH值都小于7,已知四种溶液中[H+]和[OH-]之和由大到小的顺序是b>a>d>c,则这四种溶液PH值由大到小的顺序是() A.c>d>a>bB.b>a>d>cC.a>b>c>dD.无法确定 17.有下列四种溶液: (1)HCl (2)AlCl3(3)NaOH(4)Na2CO3,此四种溶液中水的电离度分别为1、2、3、4已知1=3,2=4且 =106,则四种溶液的PH值不可能是() A、551010B、441010 C、35119D、53911 18.NaH是—种离子化合物,它跟水反应的方程式为: NaH+H2O→NaOH+H2↑,它也能跟液氨、乙醇等发生类似的反应,并都产生氢气。 下列有关NaH的叙述错误的是() A跟水反应时,水作氧化剂BNaH中H-半径比Li+半径小 C跟液氨反应时,有NaNH2生成D跟乙醇反应时,NaH被氧化 19、常温下某溶液,水电离出的c(OH-)=1.0×10-4mol/L,该溶液中溶质可能是() ①Al2(SO4)3②NaOH③NH4Cl④NaHSO4 A、①②B、①③C、②③D、①④ 20.测得某溶液的pH=6.5,且氢离子与氢氧根离子物质的量相等,此溶液呈_____性。 测定温度______室温(填高于、低于或等于),其理由是。 将此温度下pH=11的NaOH溶液aL与pH=1的H2SO4溶液bL混合。 (1)若所得混合液为中性,则a︰b。 (2)若所得混合液的pH=2,则a︰b。 21、水的电离平衡曲线如图所示。 (1)若以A点表示25℃时水的电离平衡的离子 浓度,当温度升高到100℃时,水的电离平衡状 态移动到B点,则此时水的离子积 从________变化到_________。 (2)将pH=8的Ba(OH)2溶液与pH=5的稀盐酸混 合,并保持100℃的恒温,致使混合溶液 的pH=7,则Ba(OH)2和盐酸的体积比为__________________。 (3)已知AnBm的离子积为[c(Am+)]n[c(Bn-)]m,若某温度下Ca(OH)2的溶解度为0.74g,设饱和溶液的密度为1g/mL,其离子积约为______________。 22、某温度下的溶液中c(H+)=1.0×10xmol/L,c(OH-)=1.0×10ymol/L。 x与y的关系如右图所示; (1)求该温度下,中性溶液的pH。 (2)求该温度下0.01mol/LnaOH溶液的PH (3)该温度下,pH=a的醋酸溶液与pH=b的NaOH溶液等体积混合,恰好完全反应, 求此醋酸溶液中醋酸的电离度。 23.向50ml0.018mol/L的AgNO3溶液中加入50ml0.02mol/L的盐酸,生成了沉淀。 如果溶液中C(Ag+)和C(Cl—)的乘积是一个常数,C(Ag+)·C(Cl—)=1.0×10—10,当溶液中C(Ag+)·C(Cl—)>常数,则有沉淀产生,反之沉淀溶解,求 (1)沉淀生成后溶液中C(Ag+)是多少? (2)如果向沉淀生成后的溶液中再加入50mL0.001mol/L的盐酸,是否产生沉淀,为什么? 答案 1B2C3B4D5D6AC7D8B9B10C11B12A13B14D 15A16A17A18B19B 20中,高于。 水的离解反应: H2O=H++OH-吸热反应,升温有利于水的离解,使Kw 增大 (1)10︰1 (2)9︰2 21 (1)10-1410-12 (2)2: 9(3)4×10-3 22 (1)7.5 (2)13(3)1017-a-b% 23.解: ⑴由Ag++Cl—=AgCl 可知沉淀后C(Cl-)=(0.02—0.018)50/(50+50)=0.001mol/L 所以C(Ag+)=1×10-10/0.001=1×10—7mol/L ⑵再加入50mL盐酸后C(Ag+)=1×10-7×100/(100+50)=2/3×10-7mol/L C(Cl-)=0.001mol/L C(Ag+)×C(Cl-)=2/3×10-7х10-3=2/3•10-14<1×10-12 所以不产生沉淀
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