高三化学下15 水的电离和溶液的pH讲练及答案

1 水的电离和溶液的 pH 【学习目标】 1、了解水的电离、离子积常数以及影响水电离平衡的因素 2、了解溶液的酸碱性与 pH 的关系 3、能进行 pH 的简单计算 【主干知识梳理】 一、水的电离 1、水的电离：水是极弱的电解质，水的电离方程式为 H2O＋H2O H3O＋＋OH－或 H2O H＋＋OH－ 2、H2O 的电离常数： )( )()( 2OHc OHcHcK — 电离   在 25℃时，实验测得 1L 纯水(即 55.6 mol)只有 1×10－7mol H2O 电离，因此纯水中 c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol/L。电离前后，H2O 的物质的量几乎不变，c(H2O)可以看做是个常数，上式可表示为：c (H+)·c (OH—)＝K 电离·c (H2O)。常数 K 电离与常数 c(H2O)的积作 为一新的常数，叫做水的离子积常数，简称水的离子积，记作 KW，即 K W= c(H＋)· c(OH—) 3、水的离子积常数： (1)表达式：Kw＝c(H＋)·c(OH－)；室温下，Kw＝1×10－14 (2)影响因素：只与温度有关，水的电离是吸热过程，升高温度，Kw 增大 (3)Kw 揭示了在任何水溶液中均存在 H＋和 OH－，只要温度不变，Kw 不变 4、影响水电离平衡的因素 (1)温度(升高温度，促进水的电离) 水的电离是吸热过程，升高温度，水的电离平衡向右移动，电离程度增大，c(H＋)和 c(OH―)同时增大，KW 增大，但由于 c(H＋)和 c(OH－)始终保持相等，故仍呈中性 (2)加入酸、碱或强酸的酸式盐(抑制水的电离) 向纯水中加入酸或 NaHSO4、碱，由于酸(碱)电离产生的 H＋(OH―)，使溶液中 c(H＋)或 c(OH―)增大，使水的电离平衡左移，水的 电离程度减小 (3)含有弱酸根离子或弱碱阳离子的盐(促进水的电离) 在纯水中加入含有弱酸根离子或弱碱阳离子的盐，由于它们能跟水电离出的 H＋和 OH―结合生成难电离物，使水的电离平衡右移， 水的电离程度增大 (4)加入活泼金属(促进水的电离) 向纯水中加入金属钠，由于活泼金属能与水电离的 H＋直接作用，产生氢气，促进水的电离 5、水的离子积适用范围：KW 不仅适用于纯水，还适用于酸性或碱性的稀溶液，不管是哪种溶液均有：c(H＋)H2O＝c(OH―)H2O KW＝c(H＋)溶液·c(OH―)溶液 [任何溶液中由水电离的 c (H+)与 c (OH –)总是相等的] 6、水的离子积表达式的应用：在水溶液中，均存在水的电离平衡，因此在表达式中，c(H＋)、c(OH―)表示整个溶液总物质的量浓度 例：计算 25℃，0.1mol/L 的 NaOH 中，  水)(Hc ，  碱)(OHc ， )( - 水OHc ， 由水电离出的   水水 )()( OHcHc   HHcHc ，故忽略水电离出的但由于 水酸 )()( 水水酸）酸溶液中：（ )(})()({2 w   OHcHcHcK 水酸即： )()(w   OHcHcK 水水但由水电离出来的： )()(   OHcHc 水水）纯水中：（ )()(1 w   OHcHcK 例：计算 25℃，0.1mol/L 的 HCl 中，  酸)(Hc ，  水)(Hc ， )( - 水OHc ， 由水电离出的   水水 )()( OHcHc })()({)(3 w 水碱水）碱溶液中：（   OHcOHcHcK   OHOHcOHc ，故忽略水电离出的但由于 水碱 )()( 碱水即： )()(w   OHcHcK 水水但由水电离出来的： )()(   OHcHc 【练习 1】 1、25 ℃时，相同物质的量浓度的下列溶液：①NaCl、②NaOH、③H2SO4，其中水的电离程度按由大到小顺序排列的一组是( ) A．③>②>① B．②>③>① C．①>②>③ D．③>②>①2 2、纯水在 25℃和 80℃时的氢离子浓度前后两个量的大小关系是( ) A．大于 B．等于 C．小于 D．不能确定 3、下列关于水的离子积常数的叙述中，正确的是( ) A．因为水的离子积常数的表达式是 KW＝c(H＋)·c(OH－)，所以 KW 随溶液 H＋和 OH－浓度的变化而变化 B．水的离子积常数 KW 与水的电离平衡常数 K 电离是同一个物理量 C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，随着温度的变化而变化 D．水的离子积常数 KW 与水的电离平衡常数 K 电离是两个没有任何关系的物理量 4、关于水的离子积常数 KW 与水的电离平衡常数 Kc 的叙述中，正确的是( ) A．KW 和 Kc 都随温度的升高而增大 B．KW 和 Kc 数值不同，但单位相同 C．KW 和 Kc 数值相同，但单位不同 D．KW 和 Kc 数值和单位都不同 5、已知液氨的性质与水相似，25℃时，NH3＋NH3 NH＋ 4 ＋NH－ 2 ，NH ＋ 4 的平衡浓度为 1×10－15mol·L－1，则下列说法中正确的是( ) A．在液氨中加入 NaNH2 可使液氨的离子积变大 B．在液氨中加入 NH4Cl 可使液氨的离子积减小 C．在此温度下液氨的离子积为 1×10－30 D．在液氨中放入金属钠，可生成 NaNH2 7、常温下 0.01 mol/L NaOH 溶液中的 c(H＋)是 0.0005 mol/LBa(OH)2 溶液中 c(H＋)的( ) A．10 倍 B．20 C．1/10 倍 D．1/20 倍 8、常温下，在 0.1 mol·L－1 的 CH3COOH 溶液中，水的离子积是( ) A．1×10－14 B．1×10－13 C．1.32×10－14 D．1.32×10－15 8、求算下列溶液中由 H2O 电离出的 c(H＋)和 c(OH－)(25 ℃) (1)pH＝2 的 H2SO4 溶液，c(H＋)＝__________，c(OH－)＝____________ (2)pH＝10 的 NaOH 溶液，c(H＋)＝__________，c(OH－)＝___________ 二、溶液的酸碱性和 pH 的计算 1、溶液的酸碱性：溶液的酸碱性取决于溶液中 c(H＋)和 c(OH－)的相对大小 酸性溶液中 中性溶液中 碱性溶液中 c(H＋)> c(OH－) c(H＋)＝c(OH－) c(H＋)< c(OH－) 2、pH 及其测量 (1)定义：pH 是 c (H+)的负对数， pHHc HcpH    10)(lg )( ，则即： (2)意义：pH 大小能反映出溶液中 c (H+)的大小，即能表示溶液酸碱性的强弱。pH 越大，溶液的碱性越强；反之，则酸性越强 (3)溶液在 25℃时，c (H+)、c (OH –)、pH 与酸碱性的关系 中性溶液：c (H+)= c (OH–)= 1×10-7mol/L，此时 pH=7 酸性溶液：c (H+)> c (OH–)；c (H+) > 1×10-7mol/L，此时 pH 7 (4)适用范围：当溶液的 c (H+)或 c (OH –)>1mol/L 时，用 pH 表示溶液的酸碱性并不简便，因此当溶液的 c (H+)>1mol/L 时，一般 不用 pH 表示溶液的酸碱性，而是直接用 H+浓度来表示 (5)溶液 pH 的测定方法 ①酸碱指示剂法：酸碱指示剂一般是弱有机酸或弱有机碱，它们的颜色变化在一定的 pH 范围内发生的，因此，可以用这些弱酸、 弱碱来测定溶液的 pH。但只能测出 pH 的范围，一般不能准确测定 pH。说明：常用的酸碱指示剂有石蕊、甲基橙、酚酞试液 常用酸碱指示剂的 pH 变色范围 指示剂 变色范围的 pH 石蕊 8 蓝色 甲基橙 4.4 黄色 酚酞 10 红色 ②pH 试纸法(粗略测)：只能读整数 使用方法：取一片 pH 试纸，放在洁净的玻璃片上，用洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在试纸的中部，半分钟内与标准比色卡对照， 确定溶液的 pH ③pH 计法：通过仪器 pH 计来精确测定溶液的 pH，pH 计的精确度为 0.01 【难点点拨】 ①酸性(碱性)溶液并不一定是酸类(碱类)物质 ②判断溶液的酸碱性不能根据 c (H+)和 c (OH –)绝对大小，而应比较二者相对大小 ③溶液的酸碱性也不能根据 pH 来判断。如 pH=7 的溶液不一定为中性溶液，100℃时，pH=6 为中性溶液 ④使用 pH 试纸测溶液 pH 时不能用蒸馏水润湿 ⑤pH 试纸不能测漂白性的物质的 pH(如：氯水、次氯酸盐、浓硝酸)，pH 试纸不能测脱水性的物质的 pH(如：浓硫酸) 【练习 2】 1、用“酸性”、“碱性”、“中性”或“不确定”填空 (1)pHc(OH－)的溶液( ) (6)0.1 mol·L－1 的 NH4Cl 溶液( ) (7)0.1 mol·L－1 的 NaHCO3 溶液( ) (8)0.1 mol·L－1 的 NaHSO3 溶液( ) 2、判断溶液的酸碱性有多种方法。下列溶液中，一定呈碱性的是( ) A．能够使甲基橙呈现黄色 B．溶液的 pH>7 C．溶液中：c(H＋)1×10－7mol·L－1 3、在某温度时，水的离子积为 1×10－12，若该温度下某溶液中 H＋浓度为 1×10－7mol·L－1，则该溶液( ) A．呈碱性 B．呈酸性 C．呈中性 D．c(OH－)＝100c(H＋)3 4、为更合理地表示溶液的酸碱性，科学家提出“酸度”(用 AG 表示)概念，AG＝1g[c(H＋)/c(OH－)]。下列叙述中正确的是( ) ①任何温度下，纯水的 AG 等于 0 ②溶液的 AG 越小，酸性越强 ③常温下，0.1 mol·L－1 盐酸的 AG＝12 ④25℃时，某溶液的 AG＝－10，其 pH＝10 A．①③ B．②④ C．①② D．③④ 5、关于 pH 的测定下列说法正确的是( ) A．pH 试纸在使用之前应用蒸馏水润湿 B．用广泛 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 6、能影响水的电离平衡，并使溶液中的 c(H＋)>c(OH－)的操作是( ) 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．向水中加食盐晶体 三、有关 pH 的计算 1、单一溶液的 pH 计算 (1)求强酸溶液的 pH：已知强酸 HnA 溶液，物质的量的浓度为 c mol/L，则 c (H+)=nc mol/L, ncHcpH lglg )(   【巩固练习】 ①计算 1×10-3mol/LHCl 溶液的 pH？ ②计算 1×10-3mol/LH2SO4 溶液的 pH？ ③pH=1 的 HCl 溶液的物质的量浓度为多少？ ④pH=1 的 H2SO4 溶液的物质的量浓度为多少？ (2)求强碱溶液的 pH(注意转换)：已知强碱 B(OH)n 溶液，物质的量浓度为 c mol/L，则有 c (OH–)=nc mol/L， nc K OHc KHc ww )()(    ncnc K Hc w pH lg14lglg )(   【巩固练习】 ①计算 0.1mol/LNaOH 溶液的 pH？ ②计算 0.1mol/LBa(OH)2 溶液的 pH？ ③pH=12 的 NaOH 溶液的物质的量浓度为多少？ ④pH=12 的 Ba(OH)2 溶液的物质的量浓度为多少？ (3)求一元弱酸溶液的 pH ①已知常温下浓度为 0.01mol/L 的 CH3COOH 溶液的电离度为 1%，求该溶液的 pH 值？ ②已知常温下浓度为 0.1mol/L 的 CH3COOH 溶液的电离常数为 1.75x10-5，求该溶液的 pH 值？ (4)求弱碱溶液的 pH ①已知常温下浓度为 0.01mol/L 的氨水溶液的电离度为 1%，求该溶液的 pH 值？ ②已知常温下浓度为 0.1mol/L 的氨水溶液的电离常数为 1.75x10-5，求该溶液的 pH 值？4 2、混合强酸(强碱)溶液 pH 的计算 (1)求强酸与强酸混合溶液的 pH 两强酸混合，先求混合后的 c(H+)混， 21 2211 )()()( VV VHcVHcHc     混 ，再由 混)(lg   HcpH 求 pH 值 速算规律： pH 相差 2 个单位以上的强酸等体积混合，混合后的 pH 混==pH 小＋0.3 【巩固练习】 ①1L 0.1mol/LHCl 与 2L 0.2mol/LHCl 混合，求该混合溶液的 pH 值 ②将 pH=1 和 pH=3 的盐酸溶液等体积混合，求该混合溶液的 pH 值 ③将 pH=2 的 H2SO4 溶液与 pH=4 的 H2SO4 溶液等体积混合后,求溶液的 pH 值 (2)求强碱与强碱混合溶液的 pH 两强碱混合：先求混合后 c(OH― ) 混， 21 2211_ )()()( VV VOHcVOHcOHc    混 ，再由 混)()( w    OHc KHc ， )()( lg14lglg )(   HcHc wK HcpH 求 pH 值。 速算规律： pH 相差 2 个单位以上的强碱等体积混合，混合后的 pH 混 = pH 大—0.3 【巩固练习】 ①1L 0.1mol/LNaOH 与 2L 0.2mol/L Ba(OH)2 混合，求该混合溶液的 pH 值。 ②将 pH=11 和 pH=13 的 NaOH 溶液等体积混合，求该混合溶液的 pH 值 ③将 pH=8 的 NaOH 溶液与 pH=10 的 NaOH 溶液等体积混合后,求溶液的 pH 值 3、强酸溶液与强碱溶液混合混合后 pH 的计算 强酸与强碱溶液混合：根据 n(H+)与 n(OH―)的相对大小先判断酸、碱的过量情况 (1)若酸过量 n(H+)＞n(OH―)， 碱酸 碱碱酸酸 VV VOHcVHcHc     )()()( (2)若碱过量 n(OH―)＞n(H＋)， 碱酸 酸酸碱碱 VV VHcVOHcOHc     )()()( (3)若酸碱恰好完全反应 n(H+)==n(OH―），混合后溶液呈中性 【巩固练习】 ①常温下 pH=4 的 HCl 和 pH=10 的 NaOH 分别按体积比为 1：1，11：9，9：11 混合，分别求三种情况下溶液的 pH 值 4、常温下，酸与碱 pH 之和为 14，等体积混合： (1)若为强酸与强碱，则混合后 pH=7 (2)若为强酸与弱碱，则混合后 pH>7 (3)若为弱酸与强碱，则混合后 pH③。 2、C 3、C 水的离子积常数 KW＝K 电离·c(H2O)，一定温度下 K 电离和 c(H2O)都是不变的常数，所以 KW 仅仅是温度的函数。水的离子积常数 的表达式是 KW＝c(H＋)·c(OH－)，但是只要温度一定，KW 就是不变的常数，溶液中 H＋的浓度变大，OH－的浓度就变小，反之亦然。 4、AD【解析】 由于水的电离是吸热的，所以升高温度，向电离程度增大的方向移动；H＋和 OH－浓度增大，故电离平衡常数 Kc ＝c(H＋)·c(OH－) c(H2O) 增大。而 KW＝c(H＋)·c(OH－)，所以也增大，故 A 项正确。KW 的单位为 mol2·L－2，Kc 的单位为 mol·L－1，所以二者 的单位不同；而 KW＝Kc·c(H2O)，所以二者的数值也不同。 5、CD【解析】本题考查对水的离子积理解与迁移能力。由水的离子积可知，其大小只与温度有关。由钠与水反应可推知，2Na＋ 2NH3＝2NaNH2＋H2↑，K＝c(NH－ 2 )·c(NH＋ 4 )＝1×10－30。 6、C【解析】 0.01mol/L 的 NaOH 溶液中：c(OH－)＝1×10－2mol/L，c(H＋)＝1×10－12mL/L。而 0.0005mol/LBa(OH)2 溶液中：c(OH－) ＝1×10－3mol/L，c(H＋)＝1×10－11mol/L。 7、A【解析】 KW 只与温度有关，与 c(H＋)、c(OH－)无关。室温下的 KW＝1×10－14。 8、(1)10－12 mol·L－1 10－12 mol·L－1 (2)10－10 mol·L－1 10－10 mol·L－1 【练习 2】 1、(1)不确定 (2)不确定 (3)中性 (4)不确定 (5)酸性 (6)酸性 (7)碱性 (8)酸性 2、C【解析】 溶液酸碱性最本质的判断标准是看 H＋和 OH－浓度的相对大小。甲基橙的变色范围是 3.1～4.4，即 pH1×10－7mol·L－1 的溶液的酸碱性也不 同。 3、AD【解析】 化学上定义 KW＝c(H＋)·c(OH－)，KW 称为水的离子积常数，简称水的离子积。在一定温度下，KW 为常数。溶液的 酸碱性与 c(H＋)和 c(OH－)的相对大小相一致。若 c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性；若 c(H＋)>c(OH－)，溶液呈酸性；若 c(H＋)