高二化学水的电离和溶液的pH值精讲

高二化学水的电离和溶液的pH值知识精讲苏教版一.本周教学内容：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)OH(c)OH(c)H(cK2电离室温时，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pH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！2、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。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－）＝)H(cKw＝4141010＝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－）＝5141010)H(cKw＝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，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：A.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、21010108mol·L－1B、2101046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]OH[Kwg1pH，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，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mol04.0)SO(c24，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）L/mol04.0)SO(c24，c（Cl－）＝0.02mol/L；（2）Ba（OH）2的物质的量浓度为0.15mol/L1、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、