人教版高三化学 第十章《电离平衡》高三复习教案（二）水的电离 6页

‎ ‎ ‎ 第十章《电离平衡》高三复习教案（二）‎ ‎——水的电离及pH值 ‎【教学内容】‎ ‎ 1．水的电离和水的离子积常数。‎ ‎ 2．溶液的PH值及有关PH值计算。‎ ‎ 3．酸碱指示剂及溶液PH值的测定。‎ ‎【教学目标】‎ ‎ 掌握水的离子积常数及溶液PH值表示的意义；掌握［H+］、PH值与溶液酸碱性的关系；了解指示剂的变色范围，学会PH值的使用方法；掌握溶液PH值的有关计算。‎ ‎【知识讲解】‎ ‎ 一、水的电离 水是一种极弱的电解质，电离方程式为：‎ ‎ H2O+H2O　 H3O+ +OH－　简写为　H2O H＋+OH－。‎ ‎ 1．水的电离过程是一个吸热过程。温度升高，水的电离度增大，［H+］和［OH－］‎ 也随之增大；温度降低，水的电离度减小，［H+］和［OH－］也随之减小。‎ ‎ 2．当向水中加入酸或碱，水的电离度减小，但溶液中仍然存在H+和OH－，只不过［H+］与［OH－］不相等；当向水中加入能结合水中的H+或OH－的物质（如S2－或 Al3+时），水的电离平衡向右移动，水的电离度增大。‎ ‎ 二、水的离子积 在一定温度下，水的电离达平衡状态时，［H+］和［OH－］的乘积叫做水的离子积，即［H+］·［OH－］= Kw。 KW与温度有关：‎ ‎ 25℃时， Kw=［H+］·［OH－］=1×10－７×1×10－７ =1×10－14 ‎ ‎ 100℃时，Kw=［H+］·［OH－］=1×10－６×1×10－６ =1×10－12‎ ‎ 水的离子积不仅适用于纯水，也适用于任何酸、碱、盐的稀溶液，即水的离子积揭示了在任何水溶液中，均存在水的电离平衡，所以都有H+和OH－。‎ ‎ 例1．常温下，0.1mol/L的某一元弱酸HA溶液其电离度为1％。则该溶液中［OH－］‎ ‎ 是多大？水的电离度为多少？‎ ‎ 解析：HA电离产生的［H+］=Cα=0.1mol/L×1%=1×10－３mol/L，‎ ‎ 根据：［H+］·［OH－］=1×10－14 ，则［OH－］==1×10－11mol/L。‎ ‎ 根据：H2O H++OH－ ，［OH－］= ［OH－］溶液=1×10－11mol/L，‎ ‎ α×100%=1.8×10－11%‎ ‎ 例2．在水电离出的［H+］=1×10－12mol/L的溶液中，一定能大量共存的离子组 ‎ 是（ ）‎ ‎ （A）Al3+、NH+、SO42－、Cl－ （B）Na+、K+、CO32－、SO42－‎ ‎ - 6 -‎ ‎ （C） K+、 Fe2+、Cl－ 、NO3－ （D）Na+、Ba2+、Cl－ 、NO3－ ‎ ‎ 解析：［H+］=［OH－］=1×10－2mol/L，说明溶液中［H+］溶液=1×10－2mol/L 或［OH－］溶液=1×10－2mol/L，即溶液的PH=2或PH=12。在酸性和碱性溶液中都能 存在的只能是（D）‎ ‎ 三、溶液的PH值 PH=－lg［H+］ 用来表示溶液酸碱性的强弱。‎ ‎ 1．常温下，中性溶液中［H+］=［OH－］=1×10－７mol/L ，PH=7。酸性溶液中 ‎［H+］>［OH－］, ［H+］> 1×10－７mol/L , PH < 7。［H+］越大，PH值越小，溶液酸性越 ‎ ‎ 强。碱性溶液中［H+］<［OH－］，［OH－］> 1×10－７mol/L , PH > 7, ［OH－］越大PH值 ‎ 越大，溶液碱性越强。‎ ‎ 2．PH值只适用于［H+］≤ 1mol/L或［OH－］≤ 1mol/L的稀溶液，即PH取值 范围为0 ~ 14，当［H+］> 1mol/L或［OH－］> 1mol/L, 反而不如直接用［H+］或［OH－］表示酸碱度方便。‎ 例3、下列四种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比为①:②:③:④是（ ）‎ ‎ ①PH=0的盐酸 ②0.1mol/L的盐酸 ‎ ‎ ③0.01mol/L的NaOH 溶液 ④PH=11的NaOH溶液 ‎ （A）1:10:100:1000 （B）0:1:12:11 （C）14:13:12:11 （D）14:13:2:3‎ 解析：PH=0的盐酸［H+］= 1mol/L 由水电离产生的［H+］=［OH－］‎ ‎=1×10－14；0.1mol/L的盐酸，由水电离产生的［H+］=［OH－］==1×10－13mol/L；‎ ‎0.01mol/L的NaOH 溶液，［OH－］= 0.01mol/L，由水电离产生的 ‎［H+］==1×10－12mol/L；PH=11的NaOH 溶液，［H+］=1×10－11mol/L。‎ 则由水电离产生的［H+］之比①:②:③:④=10－14:10－13:10－12:10－11=1:10:100:1000‎ 故答案为（ A ）‎ ‎ 四、酸碱指示剂及PH值的测定：‎ ‎ 1．常见酸碱指示剂及变色范围 ‎ 指 示 剂 ‎ 酸 碱 指 示 剂 变 色 范 围 ‎ 甲 基 橙 ‎ < 3.1 红 色 ‎ 3.1 — 4.4 橙 色 ‎ > 4.4 黄 色 ‎ 石 蕊 ‎ < 5.0 红 色 ‎ 5.0 — 8.0 紫 色 ‎ > 8 蓝 色 ‎ 酚 酞 ‎ < 8.0 无 色 ‎ 8.0 — 10.0 浅红色 ‎ > 10 无 色 ‎ 2．测定溶液PH值的方法：（1）酸碱指示剂用于粗测溶液PH值范围；（2）PH试纸 用以精略地测定溶液酸碱性的强弱；（3）PH计用以精确地测定溶液的PH值。‎ 注意：用PH试纸测定溶液的PH值,一般先把一小块放在表面皿或玻璃片上，用沾有待测液的玻璃棒点试纸的中部，不能把试纸放在待测液中，也不能用水湿润再测定PH值。‎ ‎ 例4．化合物在水溶液中因存在以下电离平衡：HIn（溶液） H+ + In－ ，故可用作 ‎ ‎ - 6 -‎ ‎ 红色 黄色 ‎ 酸碱指示剂。浓度为0.02mol/L的下列各溶液：①盐酸 ②石灰水 ③NaCl溶液 ‎ ‎④NaHSO4溶液 ⑤硝酸钾溶液 ⑥氨水，其中能使指示剂显红色的是（ ）‎ ‎（A）①④⑤ （B）②⑤⑥ （C）①④ （D）②③⑥‎ ‎ 解析：根据电离平衡：HIn H+ + In－，在碱性溶液中平衡向右移动，因含有大量 In－，而显黄色，在酸性溶液中因含大量HIn，而显红色。故本题答案为（ C ）‎ ‎ 五、溶液PH值的计算：‎ 溶液PH值的计算，常用到下列关系式：一元弱酸：［H+］= Cα，一元弱碱：‎ ‎［OH－］= Cα，［H+］·［OH－］= 1×10－14，PH=－lg［H+］‎ 常见的计算类型：‎ ‎ 1．强酸、强碱溶液的稀释：‎ （1） 解题关键：对于强酸溶液的稀释，必须抓住［H+］变化；对于强碱溶液的稀 必须抓住［OH－］的变化。当稀释倍数很大时，需考虑水的电离。‎ （2） 稀释规律：①强酸PH=a，加水稀释10n倍，则稀释后PH=a+n。②弱酸PH=a,‎ 释10n倍，则稀释后PHb-n。‎ ‎ 例5．当PH=11的氢氧化钠溶液稀释102、105倍时，计算稀释后溶液的PH值。‎ 解析：根据稀释规律，当稀释102倍后，稀释后PH值PH=11－2=9。‎ 但当稀释105倍后：PH=11－5=6，不可能。这时需考虑水的电离。‎ PH=11，［H+］=10－11，稀释后碱电离出的［OH－］浓度为：［OH－］＝＝10－8mol/L ‎ 设稀释后溶液中［H+］浓度为x，则：H2O H+ + OH－ ‎ ‎ x x+10－8‎ ‎ x·（x + 10－8）= 1×10－14 解之x = 9.5×10－8 mol/L ‎ 所以 PH=－lg(9.5×10－8)=7.02‎ ‎ 2．强酸与强酸、强碱与强碱溶液相混合。‎ 解题关键：把各自溶液中的H+或OH－的物质的量相加除以混合后总体积，可得混合溶液的［H+］或［OH－］，即可求出PH值。‎ 例6．将PH=11的氢氧化钠溶液和PH=13的Ba(OH)2溶液等体积相混合，求混合后溶液的PH值。‎ 解析：两种强碱溶液相混合后，溶液显碱性，应根据溶液PH值先求出混合后溶液的 ‎［OH－］浓度，再换算为混合原溶液的［H+］，求出PH值。‎ PH=11 NaOH溶液， ［H+］=1×10－11，［OH－］＝1×10－3mol/L PH=13的Ba(OH)2溶液，［H+］=1×10－13，［OH－］＝1×10－1mol/L 混合后溶液中［OH－］＝＝5.05×10－2mol/L ‎ - 6 -‎ 混合后溶液中［H+］＝＝1.98×10－13,即PH=－lg(1.98×10－13)=12.7‎ 易出现错解：［H+］＝＝5.05×10－12mol/L PH=－lg(5.03×10－12)=11.3‎ 混合规律：（1）PH=a和PH=b两强酸溶液等体积混合，若a－b≥2时，混合后PH值为：PH=b+0.3。（2）PH=a和PH=b两强碱溶液等体积混合，若a－b≥2时，混合后溶液的PH值为：PH=a－0.3。‎ ‎3．强酸和强碱溶液相混合：‎ 解题关键：据H+ +OH－=H2O，求出混合后剩余的［H+］或［OH－］，再换算出PH值。‎ 例7．25℃时，PH=x的盐酸aL与PH=y的氢氧化钠溶液bL，恰好中和。x≤6，y≥8试讨论：‎ ‎（1）若a:b = 1:10, 则x+y= 。‎ ‎（2）若x+y=14, 则a:b = 。‎ ‎（3）若x+y>14, 则a:b = 。‎ 解析：关键是抓住H+或OH－恰好完全反应。‎ PH=x 的盐酸中［H+］= 10-xmol/L，=10-xmol/L·aL=a×10-xmol/L PH=y的NaOH溶液中［H+］= 10-ymol/L，［OH－］= 10y-14mol，‎ ‎=10y-14mol/L·bL=b×10y-14mol。则有：10-x·a=10y-14·b 故有a:b =10x+y-14‎ （1） 若a:b=1:10 则x+y=13‎ （2） 若x+y=14时，则a:b=1‎ （3） 若x+y>14时，则a:b>1‎ 归纳：（1）PH=x的强酸和PH=y的强碱等体积混合：‎ ‎①若x+y=14, 则溶液呈中性，PH=7；②x+y>14, 则溶液呈碱性；若x+y<14，则溶液呈酸性。（2）PH=x的强酸和PH=y的强碱混合后呈中性，二者体积与PH值关系：①若x+y=14 ，则V酸:V碱=1:1；②若x+y>14，则V酸:V碱=10x+y-14:1③若x+y<14，则V酸:V碱=1:1014-(x+y)‎ ‎ 六、强酸和弱酸（或强碱和弱碱）的比较：‎ 以相同体积相同PH值的强酸和一元弱酸为例比较：‎ ‎ 1．溶液中H+的物质的量浓度相同。‎ ‎ 2．强酸溶液的物质的量浓度小而一元弱酸物质的量浓度大。‎ ‎ 3．与足量的金属锌反应，开始反应速率相等，反应一段时间后，弱酸反应速率大于强酸。上述反应后弱酸产生的H2量多。‎ ‎ 4．稀释相同的倍数后，强酸溶液的PH值比弱酸大。‎ ‎ 5．中和相同物质的量浓度的碱溶液，强酸需碱量比弱酸少。‎ 例7．有两瓶PH=2的H2SO4和醋酸。现只有石蕊试液、酚酞试液、PH试纸和蒸馏水。‎ ‎ - 6 -‎ 简述如何用最简便的实验方法来判断哪瓶是强酸。‎ 分析：H2SO4是强酸，醋酸是弱酸，PH值相同的强酸和弱酸，加水稀释同样倍数，由于弱酸继续电离出H+，结果弱酸PH值一定小于强酸。因此用PH试纸检验。‎ 答：取两支洁净的试管，各取等体积酸溶液用蒸馏水分别稀释100倍。然后用PH试纸分别测其PH值，PH值变化大的那瓶是硫酸。‎ ‎【能力训练】‎ ‎1．重水（D2O）的离子积［D+］·［OD－］= 1.6×10－15。可以用PH一样的定义来规定 PD=－lg［D+］。以下关于PD的叙述正确的是 （ ）‎ ‎ （A）中性溶液的PD=7 ‎ ‎ （B）0.01mol/L NaOD 的D2O溶液，其PD=12‎ ‎ （C）溶解0.01mol DCl的D2O溶液1L，PD=2‎ ‎ （D）在100mL0.25mol/L的DCl重水溶液中，加入50ml 0.2mol/L NaOD的重水溶液， ‎ ‎ 其PD=1。 ‎ ‎2．与纯水的电离相比，液氨中存在着微弱的电离：2NH3 NH4++NH2－，据此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，［NH4+］·［NH2－］为一定值。‎ ‎ （C）液氨的电离达到平衡时［NH3］=［NH4+］=［NH2－］‎ ‎ （D）不加入其他物质，液氨中［NH4+］=［NH2－］‎ ‎3．向某无色溶液中滴加甲基橙、石蕊、酚酞试液，所显颜色可能是 （ ）‎ ‎ ①黄色、红色、无色 ②黄色、紫色、红色 ③红色、红色、无色 ‎ ④橙色、红色、红色 ‎ （A）只有③ （B）只有①④ （C）只有①③ （D）只有①② ‎ ‎4．将1mL PH值为 5.5的盐酸稀释成10L溶液，稀释后溶液对指示剂的颜色变化中 正确的是 （ ）‎ ‎（A）滴入酚酞试剂变为浅红色 （B）滴入石蕊试液呈紫色 ‎（C）滴入甲基橙试液显红色 （D）红色石蕊试纸沾上溶液后显蓝色。‎ ‎5．PH=13的强碱与PH=2的强酸溶液混合，所得溶液PH=11，则强碱与强酸体积比为（ ）‎ ‎ （A）11 : 1 （B）9 : 1 （C）1 : 11 （D）1 : 9‎ ‎6．同温下，两种一元弱酸的物质的量浓度分别为C1和C2，电离度为α1和α2，PH值 分别为PH1和PH2。如果已知C1>C2，PH1>PH2 则α1与α2的关系是 （ ）‎ ‎ （A）α1=α2 （B）α1>α2 （C）α1<α2 （D）无法确定 ‎7．PH值相同的盐酸溶液和醋酸溶液分别和锌反应，若最后锌都有已完全溶解，但放出的气体一样多，则下列判断正确的是 （ ）‎ ‎ （A）整个反应阶段平均速率：醋酸 > 盐酸 ‎ （B）反应所需时间： 醋酸 > 盐酸 ‎ （C）参加反应的锌的质量： 盐酸 = 醋酸 ‎ （D）开始反应速率： 盐酸 > 醋酸 ‎8．有一PH为12的NaOH溶液100mL，要使它的PH值降到11。‎ ‎ （1）如果加入蒸馏水，应加 mL（体积变化忽略不计）‎ ‎ - 6 -‎ ‎ （2）如果加入PH=10的NaOH溶液，应加 mL。‎ ‎ （3）如果加入0.01mol/L盐酸应加 mL。‎ ‎9．某造纸厂排出的废水，经取样分析，其中除了含有汞、纤维素及其它有机物外，‎ 其它成分为［Na+］= 1.5×10－3mol/L ,［SO42－］= 2.5×10－4mol/L ,［Cl－］= 1.6×10－5mol/L ，‎ ‎［NO3－］= 1.4×10－5mol/L ［Ca2+］= 1.5×10－5mol/L 则该废水的PH值为 。‎ ‎10．常温下，将m体积PH=a的氢氧化钠溶液与PH=b的醋酸溶液等体积混合，恰好完全反应，则该温度下醋酸的电离度可以表示为 。‎ ‎11．在25℃时，若10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则在混合以前，该强酸的PH值与强碱PH值之间应满足的关系是 。‎ ‎12．NaOH和Ba(OH)2混合溶液的PH=14，取该溶液100ml，持续通入CO2，当CO2通入0.56L时，生成沉淀最多（气体体积均指标态，设溶液体积不发生改变），试通过计算回答：（1）NaOH和Ba(OH)2的物质的量浓度是多少？（2）当通入CO2的体积为1.68L时，溶液中各离子（除H+和OH－）物质的量浓度各是多少？‎ ‎【能力训练答案】‎ ‎1．C、D 2．C 3．C 4．B 5．D 6．C 7．A、C ‎8．（1）900 （2）1000 （3）81.8 9．11 10．1016-a-b%‎ ‎11．a + b=15 12．（1）= 0.5mol/L = 0.25mol/L ‎ （2） = 0.5mol/L = 0.5mol/L ‎ ‎ - 6 -‎