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- 2021-07-02 发布
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第1课时 水的电离和溶液的酸碱性
[明确学习目标] 1.了解水的电离平衡及其影响因素。2.理解水的离子积常数。3.会计算溶液的pH。
一、水的电离
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。
二、溶液的酸碱性与pH
1.溶液的酸碱性
(1)溶液的酸碱性
溶液酸碱性的判断标准是c(H+)与c(OH-)相对大小。
c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;
c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性,且c(H+)越大,酸性越强;
c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性,且c(OH-)越大,碱性越强。
(2)溶液酸碱性的表示方法
①当c(H+)或c(OH-)大于或等于1 mol·L-1时,通常用c(H+)或c(OH-)直接表示。
②当c(H+)或c(OH-)小于1 mol·L-1时,通常用pH表示。
2.溶液的pH
(1)表达式:pH=-lg_c(H+)。
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如c(H+)=1.0×10-5 mol·L-1的酸性溶液,pH=5。
(2)水溶液的pH、c(H+)及酸碱性的关系(25 ℃时)
pH
0≤pH<7
7
7 c(OH-)
不变
NaOH(s)
左移
减小
减小
增大
c(H+)< c(OH-)
不变
NaCl(s)
不移动
不变
不变
不变
c(H+)=c(OH-)
不变
加热
右移
增大
增大
增大
c(H+)=c(OH-)
增大
[即时练]
1.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
答案 D
解析 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三项错误,D项正确。
2.常温下,0.1 mol·L-1的NaOH溶液中由水电离出的OH-的物质的量浓度为( )
A.0.1 mol·L-1 B.1.0×10-13 mol·L-1
C.1.0×10-7 mol·L-1 D.无法确定
答案 B
解析 0.1 mol·L-1的NaOH溶液中c(OH-)≈0.1 mol·L-1,溶液中的H+
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只来自水的电离,c(H+)===1.0×10-13 mol·L-1,水电离出来的H+和OH-浓度是相等的。
规律方法
水电离出的H+或OH-浓度计算
(1)纯水c(H+)=c(OH-)=。
(2)酸溶液中OH-是水电离产生的,故水电离的H+浓度等于溶液中OH-的浓度。即c(H+)H2O=c(OH-)=≪c(H+)。
(3)碱溶液中H+是水电离产生的,故水电离的OH-浓度等于溶液中H+的浓度。即c(OH-)H2O=c(H+)=≪c(OH-)。
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二、溶液的酸碱性与pH
1.溶液酸碱性、c(H+)、c(OH-)、pH对照表
溶液
性质
c(H+)与c(OH-)的大小关系
c(H+)/mol·L-1
pH(25 ℃)
任意温度
25 ℃
中性
c(H+)=c(OH-)
c(H+)=
c(H+)=10-7
=7
酸性
c(H+)>c(OH-)
c(H+)>
c(H+)>10-7
<7
碱性
c(H+)<c(OH-)
c(H+)<
c(H+)<10-7
>7
2.25 ℃时,溶液酸碱性与c(H+)、pH的关系
(1)图示
(2)溶液中c(H+)越小,c(OH-)越大,溶液的酸性越弱,碱性越强,pH越大;溶液中c(H+)越大,c(OH-)越小,溶液的酸性越强,碱性越弱,pH越小。
注意:用c(H+)与c(OH-)相对大小判断溶液酸碱性适用于任何温度;使用pH判断溶液的酸碱性时要注意温度,非常温时,pH=7的溶液不呈中性。
3.常见酸碱指示剂的变色范围如下
4.pH试纸测定溶液的pH时应注意
(1)取一小块pH试纸放在玻璃片(或表面皿)上,用洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在试纸的中部,随即(30秒内)与标准比色卡对照确定溶液的pH。如果时间长了,试纸所显示的颜色会改变,致使测得的pH不准。
(2)pH试纸在使用时不能用水润湿,否则非中性溶液的pH测定值与实际pH存在误差。
(3)pH试纸只能粗略测量溶液的pH,在书写时只写整数。
[即时练]
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3.下列溶液一定呈酸性的是( )
A.pH小于7的溶液
B.含有H+的溶液
C.滴加酚酞显无色的溶液
D.c(H+)>c(OH-)的溶液
答案 D
解析 溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小,pH小于7的溶液不一定呈酸性,A错误,D正确;无论酸、碱还是盐溶液中都含有氢离子,所以不能根据是否含有氢离子判断溶液的酸碱性,B错误;常温下,酚酞试液的变色范围是8.2~10.0,其颜色分别为无色、浅红色、红色,所以溶液颜色为无色时,溶液可能呈弱碱性或中性,C错误。
4.已知室温时,0.1 mol·L-1的某一元酸HA在水中有0.1%发生电离,回答下列各问题:
(1)该溶液的pH=________。
(2)HA的电离平衡常数K=________。
(3)升高温度时,K将________(填“增大”“减小”或“不变”),pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)由HA电离出的c(H+)约为水电离出的c(H+)的________倍。
答案 (1)4 (2)1×10-7 (3)增大 减小 (4)106
解析 (1)HA电离出的c(H+)=0.1 mol·L-1×0.1%=1×10-4 mol·L-1,pH=-lg (1×10-4)=4。
(2)电离平衡常数
K=≈=1×10-7。
(3)因HAH++A-,电离过程是吸热的,所以升高温度,c(H+)、c(A-)均增大,则K增大,而pH减小。
(4)c(H+)HA=1×10-4 mol·L-1,c(H+)水=c(OH-)=mol·L-1=1×10-10mol·L-1,所以c(H+)HA∶c(H+)水=(1×10-4)∶(1×10-10)=106。
规律方法
溶液酸碱性的判断依据
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本章归纳总结
1.已知常温下0.01 mol·L-1的CH3COOH溶液中,c(H+)=4.32×10-4 mol·L-1,则该CH3COOH溶液中水的离子积常数( )
A.小于1×10-14 B.大于1×10-14
C.等于1×10-14 D.无法确定
答案 C
解析 水的离子积常数仅与温度有关,只要温度不变,水的离子积常数就不变。在常温下,Kw=1×10-14,而与电解质溶液及其电离程度无关。
2.下列操作中能影响水的电离平衡,并使溶液中的c(H+)>c(OH-)的是( )
A.向水中投入一小块金属钠
B.将水加热煮沸
C.向水中通入二氧化碳气体
D.向水中加入食盐晶体
答案 C
解析 A项,加入Na,Na与H2O反应生成NaOH,使c(OH-)>c(H+);B项,c(H+)=c(OH-);C项,通入CO2,发生反应CO2+H2OH2CO3,故c(H+)>c(OH-);D项,c(H+)=c(OH-)。
3.25 ℃时,下列溶液中碱性最强的是( )
A.pH=11的溶液
B.c(OH-)=0.12 mol·L-1的溶液
C.1 L中含有4 g NaOH的溶液
D.c(H+)=1×10-10 mol·L-1的溶液
答案 B
解析 A项,c(OH-)=10-3 mol·L-1;B项,c(OH-)=0.12 mol·L-1;C项,c(OH-)=0.1 mol·L-1;D项,c(OH-)=10-4 mol·L-1。
4.下列关于pH测定的说法正确的是( )
A.pH试纸在使用之前应用蒸馏水润湿
B.用pH试纸测得某盐酸的pH=2.3
C.利用酸碱指示剂可以测溶液的pH
D.pH计是精确测定溶液pH的仪器
答案 D
解析 pH试纸在使用之前不能用水润湿,如果用水润湿了则会使非中性溶液的c(H+)发生变化,造成误差,故A项错误;pH试纸测得的pH是整数,故B项错误;酸、碱指示剂只能判断溶液的酸碱性,无法测其pH,故C项错误;pH计可以精确测定溶液的pH,故D项正确。
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5.在相同温度下,0.01 mol·L-1的 NaOH溶液和0.01 mol·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1.0×10-12 mol·L-1
C.由水电离出的c(OH-)都是0.01 mol·L-1
D.两者都促进了水的电离
答案 A
解析 在0.01 mol·L-1的NaOH溶液中,由水电离出的c(H+)== mol·L-1。在0.01 mol·L-1 的HCl溶液中,由水电离出的c(H+)=c(OH-)水电离= mol·L-1,A项正确;题中温度未确定,故Kw未知,由水电离出的c(H+)和c(OH-)未知,B、C两项均错误;酸和碱均抑制了水的电离,D项错误。
6.pH=3的两种一元酸HX和HY溶液,分别取50 mL加入足量的镁粉,充分反应后,收集到H2的体积分别为V(HX)和V(HY),若V(HX)>V(HY),则下列说法正确的是( )
A.HX可能是强酸
B.HY一定是强酸
C.HX的酸性强于HY的酸性
D.反应开始时二者生成H2的速率相等
答案 D
解析 解答该题应注意以下三点:(1)强酸完全电离,弱酸部分电离。(2)酸性相同的溶液,弱酸的浓度大,等体积时,其物质的量多。(3)产生H2的速率取决于c(H+) 的大小。据题意,Mg粉足量,酸不足,应根据酸的物质的量来计算H2的体积,由V(HX)>V(HY),知pH相等时,HX的物质的量浓度比HY的大,即HX是酸性比HY弱的弱酸,而无法判断HY是强酸还是弱酸,故A、B、C错误;D项反应开始时生成H2的速率取决于c(H+),因为开始时c(H+)相等,故正确。
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