高二化学水的电离和溶液的pH值苏教版知识精讲

高二化学水的电离和溶液的pH值苏教版【本讲教育信息】一.教学内容：水的电离和溶液的pH值二.教学目标1、理解水的电离、水的电离平衡和水的离子积。2、使学生了解溶液的酸碱性和pH的关系。3、掌握不同pH值的酸碱溶液稀释或混合时溶液pH的计算三.教学重点、难点　　溶液的酸碱性和pH的关系；不同pH值的酸碱溶液稀释或混合时溶液pH的计算四.教学过程：（一）水的电离：水是一种极弱的电解质，存在电离平衡：H2O＋H2OH3O＋＋OH－简写为：H2OH＋＋OH—根据水的电离平衡，写出相应的平衡常数表达式：应有室温时，1L纯水中（即55.56mol/L）测得只有1×10－7molH2O发生电离，电离前后H2O的物质的量几乎不变，故c（H2O）可视为常数，上式可表示为：c（H＋）·c（OH–）＝K电离·c（H2O）K电离与常数c（H2O）的积叫做水的离子积常数，用KW表示室温时KW＝c（H＋）·c（OH–）＝1×10－14说明：　1、水分子能够发生电离，水分子发生电离后产生的离子分别是H3O＋和OH－，发生电离的水分子所占比例很小；　2、水的电离是个吸热过程，故温度升高，水的KW增大，100℃时，Kw＝c（H＋）·c（OH－）＝1×10－123、水的离子积不仅适用于纯水，也适用于酸、碱和盐的稀溶液，任何溶液中由水电离的c（H＋）与c（OH–）总是相等的；4、含有H＋的溶液不一定是酸，同样含OH－的溶液也不一定是碱，在任何水溶液中都存在H＋和OH－，溶液显酸性、中性、还是碱性，主要由c（H＋）和c（OH－）的相对大小决定；5、在酸、碱和盐的稀溶液中，均存在水的电离平衡，也就是水溶液中都是H＋、OH－共存的。水溶液中都存在Kw＝c（H＋）·c（OH－）（Kw25℃＝10－14）6、酸、碱由于电离产生的H＋或OH－对水的电离平衡起抑制作用，使水的电离程度减小，而某些盐溶液中由于Ac－、NH4＋等“弱离子”因结合水电离出的H＋或OH－能促进水的电离平衡，使水的电离程度增大，但无论哪种情况，只要温度不变，KW就不变。（二）溶液的酸碱性和pH7/7溶液的酸碱性与溶液中c（H＋）和c（OH－）的关系：中性溶液c（H＋）＝c（OH－）＝1×10－7mol/L酸性溶液c（H＋）＞c（OH－），c（H＋）＞1×10－7mol/L碱性溶液c（H＋）＜c（OH－），c（H＋）＜1×10－7mol/L但由于我们经常用到c（H＋）很小的溶液，如c（H＋）＝1×10－7mol/L的溶液，用这样的量来表示溶液的酸碱性的强弱很不方便。为此，化学上常采用pH来表示溶液酸碱性的强弱。pH表示c（H＋）的负对数，那么，溶液的酸碱性与溶液的pH值的关系为：　pH＝－lg[H＋]中性溶液c（H＋）＝1×10－7mol/LpH＝7酸性溶液c（H＋）＞1×10－7mol/LpH＜7碱性溶液c（H＋）＜1×10－7mol/LpH＞7说明：1、溶液的酸碱性是指溶液中c（H＋）与c（OH－）的相对大小，当c（H＋）＞c（OH－）时，溶液显酸性，当c（H＋）＜c（OH－）时，溶液显碱性，在未注明条件时，不能用pH值等于多少或c（H＋）与1×10－7mol/L的关系来判断溶液的酸、碱性。一般未注明条件都是指常温；2、酸溶液不一定就是酸，也可能是某些盐溶液，同样，碱溶液也不一定是碱；3、水中加酸或碱均抑制水的电离，但由水电离出的c（H＋）与c（OH－）总是相等；4、任何电解质溶液中，H＋与OH－总是共存，c（H＋）与c（OH－）此消彼长，但只要温度不变，则Kw＝c（H＋）·c（OH－）不变；　5、酸性溶液中c（H＋）越大，酸性越强，pH越小；碱性溶液中c（OH－）越大，c（H＋）越小，pH越大，碱性越强；6、pH的适应范围：稀溶液，0～14之间；　7、pH的测定方法：酸碱指示剂——甲基橙、石蕊、酚酞常用酸碱指示剂及其变色范围：指示剂变色范围的pH石蕊＜5红色5～8紫色＞8蓝色甲基橙＜3.1红色3.1～4.4橙色＞4.4黄色酚酞＜8无色8～10浅红＞10红色8、pH值的测定也可以用pH试纸——最简单的方法。操作：将一小块pH试纸放在洁净的玻璃片上，用玻璃棒沾取未知液点试纸中部，然后与标准比色卡比较读数即可。注意：①事先不能用水湿润pH试纸；②只能读取整数值或范围（三）混合液的pH值计算方法公式1、强酸与强酸的混合：（先求[H＋]混：将两种酸中的H＋离子数相加除以总体积，再求其它）[H＋]混＝（[H＋]1V1＋[H＋]2V2）/（V1＋V2）2、强碱与强碱的混合：（先求[OH－]混：将两种酸中的OH－离子数相加除以总体积，再求其它）[OH－]混＝（[OH－]1V1＋[OH－]2V2）/（V1＋V2）（注意：不能直接计算[H＋]混）3、强酸与强碱的混合：（先据H＋＋OH－＝＝H2O计算余下的H＋或OH－，H＋有余，则用余下的H＋数除以溶液总体积求[H＋]混；OH－有余，则用余下的OH－数除以溶液总体积求[OH－]混，再求其它）说明：1、在加法运算中，相差100倍以上（含100倍）的，小的可以忽略不计！7/72、混合液的pH值是通过计算混合液的[H＋]混或[OH－]混求解的，因此，计算时一定要遵循“酸按酸”“碱按碱”的原则进行。　3、不同体积的溶液相互混合时，混合后溶液的体积都会发生改变，但在不考虑溶液体积的变化时，我们可近似认为体积具有加和性，即混合后体积等于原体积的和，当题目给出混合后溶液的密度时，则不能运用体积的加和性来计算溶液的体积，而应该用质量与密度的关系求算溶液的体积。（四）稀释过程溶液pH值的变化规律：1、强酸溶液：稀释10n倍时，pH稀＝pH原＋n（但始终不能大于或等于7）2、弱酸溶液：稀释10n倍时，pH稀＜pH原＋n（但始终不能大于或等于7）3、强碱溶液：稀释10n倍时，pH稀＝pH原－n（但始终不能小于或等于7）4、弱碱溶液：稀释10n倍时，pH稀＞pH原－n（但始终不能小于或等于7）说明：1、常温下不论任何溶液，稀释时pH均是向7靠近（即向中性靠近）；任何溶液无限稀释后pH均为7。2、稀释时，弱酸、弱碱电离程度增大，弱电解质电离产生的离子增多，溶液中c（H＋）和c（OH－）变化较慢，因此溶液的pH变化得慢，强酸、强碱则没有电离程度的影响，所以变化得快。3、相同pH的强酸（强碱）溶液与弱酸（弱碱）溶液稀释相同的倍数时，强酸（强碱）变化比弱酸（弱碱）的变化幅度要大，可利用这一点来判断弱电解质的相对强弱。【典型例题】例1.常温下，10－4mol/L的盐酸溶液中，c（OH－）＝　　　　　mol/L，将上述盐酸稀释10倍，溶液中c（H＋）＝　　　　mol/L、c（OH－）＝　　　　mol/L；将上述溶液稀释10000倍，溶液中c（H＋）＝　　　　mol/L　、c（OH－）＝　　　　mol/L。解析：在酸、碱和盐的稀溶液中，水溶液中都是H＋、OH－共存的。常温下，水溶液中都存在Kw＝c（H＋）·c（OH－）（Kw25℃＝10－14）则：c（OH－）＝＝＝10－10mol/L；若上述溶液稀释10倍，则c（H＋）降低10倍，c（H＋）＝10－5mol/L；c（OH－）＝＝10－9mol/L；若将上述溶液稀释10000倍，则此时必须考虑由水电离产生的氢离子影响，酸溶液无论怎么稀释都不可能变为碱溶液，则此时溶液的c（H＋）和c（OH－）值应接近于c（H＋）＝10－7mol/L；。答案：10－10mol/L；10－5mol/L；10－9mol/L；10－7mol/L；10－7mol/L；例2.pH＝2的A、B两种酸溶液各1mL，分别加水稀释到1000mL，其pH值与溶液体积V的关系如图所示。下列说法正确的是：7/7A.A、B两酸溶液的物质的量浓度一定相等B.稀释后，A溶液的酸性比B溶液强C.a＝5时，A是强酸，B是弱酸D.若A、B都是弱酸，则5＞a＞2解析：相同pH的强酸（强碱）溶液与弱酸（弱碱）溶液稀释相同的倍数时，强酸（强碱）变化比弱酸（弱碱）的变化幅度要大，pH＝2的A、B两种酸溶液，加水稀释相同的倍数时，A的pH值变化幅度较大，则说明相对于B而言，A的酸性比B强；既然如此，则两者pH相同时，由于电离程度不同，因此，两者的物质的量浓度也就不一样，同时，当a＝5时，此时稀释的倍数为103倍，而对于A而言正好pH增大了3，则说明A是强酸；若5＞a，则说明A是弱酸，但酸性比B强。稀释后，由于B的pH小于A，说明B中c（H＋）大于A中的c（H＋），即B的酸性比A的酸性强。答案：CD例3.将pH＝8的氢氧化钠溶液与pH＝10的氢氧化钠溶液等体积混合后，溶液中的氢离子浓度最接近于（）A、mol·L－1B、mol·L－1C、（10－8＋10－10）mol·L－1D、2×10－10mol·L－1解析：在计算稀释后溶液的pH值时，一定要遵循“酸按酸”“碱按碱”的原则进行。如果是碱，可先计算出c（OH－），再通过公式，也可根据常温下pH＋pOH＝14来进行计算：[OH－]＝（1×10－6＋1×10－4）/（1＋1）＝5×10－5mol/L法一：pH＝－lg(Kw/[OH－])＝－1g（10－14/5×10－5）＝－lg（2×10－10）＝10－lg2＝9.7法二：pOH＝－lg[OH－]＝－lg（5×10－5）＝5－lg5＝4.3pH＝14－pOH＝9.7答案：混合后溶液的pH＝9.7例4.50mLpH＝1的硫酸和盐酸的混合液与50mL的Ba（OH）2溶液相混合，充分反应后过滤，得到沉淀0.466g，滤液的pH为13。（1）混合酸液中SO42－和Cl－的物质的量浓度；（2）Ba（OH）2的物质的量浓度。解析：本题是有关酸碱混合溶液pH值的计算，7/7关键：酸过量抓住氢离子进行计算，碱过量抓住氢氧根离子进行计算。硫酸和盐酸的混合液与Ba（OH）2溶液混合后反应，只有硫酸与Ba（OH）2作用产生沉淀，故可根据沉淀的质量推算出硫酸的物质的量n（H2SO4）＝＝0.002mol，由硫酸提供的n（H＋）＝0.004mol，则/L，由盐酸提供的n（H＋）＝0.05×0.1－0.004＝0.001mol，则c（Cl－）＝＝0.02mol/L；中和酸所消耗的n（OH－）＝0.05×0.1＝0.005mol，而过量的n（OH－）＝0.1×0.1＝0.01mol，则Ba（OH）2所提供的n（OH－）＝0.015mol，原n（Ba（OH）2）＝0.0075mol，则原c（Ba（OH）2）＝＝0.15mol/L答案：（1），c（Cl－）＝0.02mol/L；　　（2）Ba（OH）2的物质的量浓度为0.15mol/L【模拟试题】1、在25℃某稀溶液中，由水电离产生的c（H＋）＝10－13mol/L，下列有关溶液的叙述正确的是　　　　　　　　　　　　（）A、该溶液一定呈酸性B、该溶液一定呈碱性C、该溶液的pH可能约为1D、该溶液的pH可能约为132、对于重水（D2O）（常温下D2O的离子积是1.6×10－15），可以用和pH值一样的定义来规定重氢离子的负对数pD，下列关于pD值的叙述正确的是：　　　　　　　　（　　）A、中性重水的pD值为7B、在1L重水中溶解0.01molDCl，其pD值为4C、在1L重水中溶解0.01molNaOD，其pD值为12D、在100mL0.25mol/L的DCl重水溶液中加入50mL0.2mol/L的NaOD的重水溶液时，其pD值为13、有相同pH的三种酸HX、HY、HZ的溶液，稀释相同倍数后，pH的变化值依次增大，则HX、HY、HZ的酸性由强到弱的顺序是（　）A、HX.HY.HZB、HZ.HY.HXC、HX.HZ.HYD、HY.HZ.HX4、将pH为5的硫酸溶液稀释500倍，稀释后溶液中c（SO42－）和c（H＋）之比约为　（　　　）A、1：1B、1：2C、1：10D、10：15、向VmLBaCl2溶液中加入一定体积的0.05mol/L硫酸溶液，两者恰好完全反应，且反应后溶液的pH为3.0。则原BaCl2溶液的物质的量浓度为　　　　　　　　　　　　（　　　）A、5.05×10－4mol·L－1B、5.05×10－3mol·L－1C、1.01×10－4mol·L－1D、1.01×10－3mol·L－16、下列试纸使用时，不宜先用水润湿的是　　　（　　）A、pH试纸B、红色石蕊试纸C、淀粉碘化钾试纸　D、蓝色石蕊试纸7、在25℃时，有pH为a的盐酸和pH为b的NaOH溶液，取VaL该盐酸，同该NaOH溶液中和，需VbLNaOH溶液，填空：7/7（1）若a＋b＝14，则Va：Vb＝____________（填数字）。（2）若a＋b＝13，则Va：Vb＝____________（填数字）。（3）若a＋b＞14，则Va：Vb＝_____________（填表达式），且Va_________Vb（填：＞、＜、＝）（题中a≤6、b≥8）。8、今有a·盐酸b·硫酸c·醋酸三种酸：（1）在同体积，同pH的三种酸中，分别加入足量的碳酸钠粉末，在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。（2）在同体积、同浓度的三种酸中，分别加入足量的碳酸钠粉末，在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。（3）物质的量浓度为0.1mol·L－1的三种酸溶液的pH由大到小的顺序是___________；9、有两瓶pH＝12的碱溶液，一瓶是强碱，一瓶是弱碱。现有石蕊试液、酚酞试液、pH试纸和蒸馏水而无其它试剂。简述如何用简便的方法判断哪瓶是强碱。10、250mLpH＝12的某一元强碱（MOH）溶液与250mL0.025mol·L－1的硫酸溶液相混合，假设混合后液体体积为500mL。试求：（1）混合液的pH；（2）若原250mL的一元强碱中含溶质0.1g，则M的相对原子质量为多少?（3）若给混合液中分别滴入几滴甲基橙、无色酚酞、紫色石蕊试液，则溶液的颜色分别是什么?7/7试题答案1、CD　　2、D　　3、B　　4、C　　5、A　　6、A7、（1）1（2）0.1（3）10a＋b－14，＞8、（1）c＞b＝a（2）b＞a＝c（3）c＞a＞b9、利用加水稀释过程中，强电解质和弱电解质溶液中离子浓度的变化程度不同这一特点可解决问题。稀释过程中，因弱电解质继续电离，所以在稀释相同倍数时，强电解质溶液中离子浓度的减小程度明显大于弱电解质。本题正确答案为：各取等体积碱液少许，加水稀释相同倍数（如100倍），然后用pH试纸检验，pH变化大的为强碱溶液10、（1）pH＝1.7；（2）Mr＝23；（3）变红色、变无色、变红色7/7