高二化学-水的电离平衡

第2讲 水的电离和溶液的pH

考点一 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或H2O

H＋OH。

＋

－

H3O＋OH

＋－

2．水的离子积常数 Kw＝c(H (1)室温下：Kw＝1×10

－14

＋

－

。

(2)影响因素；只与Kw增大。

(3)适用范围：Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。 (4)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。 3．影响水电离平衡的因素

(1)升高温度Kw增大。

(2)加入酸或碱Kw不变。（注意区分：电离程度、Kw） (3)加入可水解的盐(如FeCl3、Na2CO3)Kw不变。 深度思考

1．水的离子积常数Kw＝c(H)·c(OH)中H和OH一定是水电离出来的吗？ 答案 不一定。c(H)和c(OH)均指溶液中的H或OH的总浓度。这一关系适用于任何稀水溶液，即任何稀水溶液中都存在这一关系。因此，在酸溶液中酸本身电离出来的H会抑制水的电离，而在碱溶液中，碱本身电离出来的OH也会抑制水的电离。

2．在pH＝2的盐酸溶液中由水电离出来的c(H)与c(OH)之间的关系是什么？

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

(1)溶液呈现酸、碱性的实质是c(H)与c(OH) 的相对大小，不能只看pH，一定温度下pH＝6的溶液也可能显中性，也可能显酸性，应注意温度。 (2)使用pH试纸时不能用蒸馏水润湿。

(3)25 ℃时，pH＝12的溶液不一定为碱溶液，pH＝2时溶液也不一定为酸溶液，还可能为能水解的盐溶液。

(1)水的离子积常数Kw＝c(H)·c(OH)，其实质是水溶液中的H和OH浓度的乘积，不一定是水电离出的H和OH浓度的乘积，所以与其说Kw是水的离子积常数，不如说是水溶液中的H和OH的离子积常数。即Kw不仅适用于水，还适用于酸性或碱性的稀溶液。不管哪种溶液均有c(H)H2O＝c(OH)H2O。

(2)水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡，都有H和OH共存，只是相对含量不同而已。

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－＋

－

＋

－

＋

－

题组一 影响水电离平衡的因素及结果判断

1．常温下，在0.1 mol·L－1 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.

＋

（ ）

2．25℃时，pH=2的HCl溶液中，由水电离出的H

（ ）.

B．1×10－12mol·L－1. D．1×10－14mol·L－1.

浓度是

A．1×10－7mol·L－1 C．1×10－2mol·L－1

3．在25℃时，某稀溶液中由水电离产生的[H+]=10-13mol/L。有关该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值可能为1 D． 该溶液的pH值可能为

13

4．90℃时水的离子积KW＝3.8×10－13，该温度时纯水的pH A．等于7

B．介于6～7之间. C．大于7 D．无法确定

（ ）

5．25 ℃时，相同物质的量浓度的下列溶液：①NaCl ②NaOH ③H2SO4 ④(NH4)2SO4， 其中水的电离程度按由大到小顺序排列的一组是 A．④>③>②>① C．④>①>②>③

( )

B．②>③>①>④ D．③>②>①>④

( )

6．下列操作会促进H2O的电离，且使溶液pH>7的是 A．将纯水加热到90 ℃ B．向水中加少量NaOH溶液 C．向水中加少量Na2CO3溶液 D．向水中加少量FeCl3溶液 7．25 ℃时，水中存在电离平衡：H2OA．将水加热，Kw增大，pH不变

B．向水中加入少量NaHSO4固体，c(H)增大，Kw不变

＋

H＋OH ΔH>0。下列叙述正确的是( )

＋－

C．向水中加入少量NaOH固体，平衡逆向移动，c(OH)降低 D．向水中加入少量NH4Cl固体，平衡正向移动，c(OH)增大

1~4 AB(CD)B

5.解析 从四种物质分析可知②NaOH、③H2SO4抑制水的电离，①NaCl不影响水的电离平衡，④(NH4)2SO4促进水的电离(NH4水解)，在②③中H2SO4为二元强酸、产生的c(H)大于NaOH产生的c(OH)，抑制程度更大，故顺序为(由大→ 小)④>①>②>③。 6.答案 C

解析 将纯水加热到90 ℃，水的电离程度增大，c(H)＝c(OH)>107 mol·L1，pH

＋

－

－

－

＋

－

＋

－

－

A错；向水中加少量NaOH溶液，水中c(OH)增大，pH>7，但水的电离平衡向逆方向移动，即水的电离受到抑制，B错；向水中加少量Na2CO3溶液，CO23与H结

－

＋

－

合，水中c(H)减小，水的电离平衡向正方向移动，c(OH)增大，c(OH)>c(H)，pH>7，C对；向水中加少量FeCl3溶液，Fe3与OH结合为弱电解质Fe(OH)3，水

＋

－

＋－－＋

中c(OH)减小，水的电离平衡向正方向移动，c(H)增大，c(H)>c(OH)，pH

－＋＋－

题组二 水电离的c(H)或c(OH)的计算

4、有关pH计算的解题规律 (pH= —lg{c（H+）}) （1）单一溶液的pH计算

①强酸溶液，如HnA，设浓度为c mol·L－1，则 c（H+）= nc mol·L－1，pH= —lg{c（H+）}= —lg nc ②强碱溶液，如B(OH)n，设浓度为c mol·L－1，则

c（H+）= 10—14/nc mol·L－1，pH= —lg{c（H+）}=14+lg nc （2）酸碱混合pH计算

①适用于两种强酸混合 c(H+)混 = [c(H+)1V1+ c(H+)2V2] /（V1+ V2）。 ②适用于两种强碱混合 c(OH—)混 = [c(OH—)1V1+ c(OH—)2V2] /（V1+ V2） ③恰好完全反应，则c(H)酸V酸 = c(OH)碱V碱 ④适用于酸碱混合，一者过量时：

c(OH) | c(H)酸V酸 — c(OH)碱V碱|

—

+

—

+

—

＋－

c(H+)混 V酸 + V碱

说明：1.若两种强酸（pH之差大于2）等体积混合，混合液pH = pH小 + 0.3

2若两种强碱（pH之差大于2）等体积混合，混合液pH = pH大 — 0.3

*（3）水解呈酸性或碱性的盐溶液

①pH＝5的NH4Cl溶液中H全部来自水的电离，由水电离的c(H)＝105 mol·L1，

＋

＋

－

－

=

c(OH)＝109 mol·L1，是因为部分OH与部分NH4结合；

－

－

－

－

＋

②pH＝12的Na2CO3溶液中OH全部来自水的电离，由水电离出的c(OH)＝102 mol·L1。

－

－

－

－

4．求算下列溶液中H2O电离的c(H)和c(OH)。 (1)pH＝2的H2SO4溶液

c(H)＝__________，c(OH)＝__________。 (2)pH＝10的NaOH溶液

c(H)＝__________，c(OH)＝__________。 (3)pH＝2的NH4Cl溶液 c(H)＝__________。 (4)pH＝10的Na2CO3溶液 c(OH)＝__________。

－＋＋

－

＋

－

＋

－

5．下列四种溶液中，室温下由水电离生成的H浓度之比(①∶②∶③∶④)是( ) ①pH＝0的盐酸 ②0.1 mol·L③0.01 mol·L

－1

－1

＋

的盐酸

的NaOH溶液 ④pH＝11的NaOH溶液

B．0∶1∶12∶11 D．14∶13∶2∶3

A．1∶10∶100∶1 000 C．14∶13∶12∶11

6．室温下，在pH＝12的某溶液中，分别有甲、乙、丙、丁四位同学计算出由水电离出的c(OH)的数据分别为甲：1.0×107 mol·L1；乙：1.0×106 mol·L1；丙：1.0×

－

－

－

－

－

102 mol·L1；丁：1.0×10

－

－

－12

mol·L1。其中你认为可能正确的数据是

－

( )

A．甲、乙

4. 答案 (1)10

－2

－

－12

B．乙、丙 mol·L1 10

－－

－12

C．丙、丁

－

－10

D．乙、丁

－

－10

mol·L1 (2)10 mol·L1 10 mol·L1 (3)10

－

mol·L1 (4)104 mol·L1

－

5.答案 A 6.答案 C

解析 如果该溶液是一种强碱(例如NaOH)溶液，则该溶液的OH首先来自于碱(NaOH)的电离，水的电离被抑制，c(H)＝1×10

＋

－12

－

mol·L1，所有这些H都来自于

－

＋

－

水的电离，水电离时当然同时提供相同物质的量的OH，所以丁是对的。如果该溶液是一种强碱弱酸盐溶液，则该溶液之所以呈碱性是由于盐中弱酸根水解的缘故。水解时，弱酸根离子与水反应生成弱酸和OH，使溶液中c(OH)>c(H)，溶液中的OH由水电离所得，所以丙也是正确的。

PS．外界条件对水的电离平衡的影响

－

－

－

＋

第1课补充内容：

加水稀释时pH值的变化规律

(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b)

物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数，溶液的pH变化不同，强酸的pH增大快；若加水稀释到相同pH，强酸加水多。 (2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b)

pH相同的强酸与弱酸，加水稀释相同倍数，溶液的pH变化不同，强酸的pH变化大；若加水稀释到相同pH，弱酸加水多。

考点三 酸碱中和滴定

1．实验原理

利用酸碱中和反应，用已知浓度酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。以标准盐酸溶液滴定待测的NaOH溶液，待测的NaOH溶液的物质的量浓度为 cHCl·VHCl

c(NaOH)＝

VNaOH酸碱中和滴定的关键： (1)准确测定标准液的体积。 (2) 2．实验用品 (1)仪器

酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。

(2)试剂

标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。 (3)滴定管的使用

①酸性、氧化性的试剂一般用酸式滴定管，因为酸和氧化性物质易腐蚀橡胶管。 ②碱性的试剂一般用碱式滴定管，因为碱性物质易腐蚀玻璃，致使活塞无法打开。 3．实验操作

实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例) (1)滴定前的准备

①滴定管：查漏→洗涤→润洗→装液→调液面（赶气泡）→记录。 ②锥形瓶（不能润洗）：注碱液→记读数→加指示剂。 (2)滴定

(3)终点判断

等到滴入最后一滴标准液，指示剂变色，且在半分钟内不恢复原来的颜色，视为滴定终点并记录标准液的体积。 (4)数据处理

按上述操作重复二至三次，求出用去标准盐酸体积的平均值，根据 cHCl·VHCl

c(NaOH)＝

VNaOH4．常用酸碱指示剂及变色范围

5(1)原理

依据原理c(标准)·V(标准)＝c(待测)·V(待测)，所以c(待测)＝

c标准·V标准

，

V待测

因c(标准)与V(待测)已确定，因此只要分析出不正确操作引起V(标准)的变化，即分析出结果。 (2)常见误差

以标准酸溶液滴定未知浓度的碱(酚酞作指示剂)为例，常见的因操作不正确而引起的误差有：

1.滴定终点的判断答题模板

当滴入最后一滴××××××标准溶液后，溶液变成××××××色，且半分钟内不恢复原来的颜色。

说明：解答此类题目注意三个关键点：

(1)最后一滴：必须说明是滴入“最后一滴”溶液。

(2)颜色变化：必须说明滴入“最后一滴”溶液后溶液“颜色的变化”。 (3)半分钟：必须说明溶液颜色变化后“半分钟内不再恢复原来的颜色”。 2．图解量器的读数方法

(1)平视读数(如图1)：实验室中用量筒、移液管或滴定管量取一定体积的液体；读取液体体积时，视线应与凹液面最低点保持水平，视线与刻度的交点即为读数(即凹液面定视线，视线定读数)。

(2)俯视读数(如图2)：俯视：当用量筒测量液体的体积时，由于俯视视线向下倾斜，寻找切点的位臵在凹液面的上侧，读数高于正确的刻度线位臵，即读数偏大。 (3)仰视读数(如图3)：读数时，由于视线向上倾斜，寻找切点的位臵在液面的下侧，因滴定管刻度标法与量筒不同，这样仰视读数偏大。

至于俯视和仰视的误差，还要结合具体仪器进行分析，因为量筒刻度从下到上逐渐增大；而滴定管刻度从下到上逐渐减小，并且滴定管中液体的体积是两次体积读数之差，在分析时还要看滴定前读数是否正确，然后才能判断实际量取的液体体积是偏大还是偏小。

深度思考

1．容量为25 mL的滴定管，滴定过程中用去10.00 mL的液体，此时滴定管中剩余液体的体积为15 mL吗？

3．(1)滴定管为什么要润洗？锥形瓶需要润洗吗？ (2)读数时为什么要平视凹液面？ *(3)滴定管排空气的目的是什么？

答案 (1)滴定管不润洗相当于对所盛装溶液的稀释，锥形瓶不需润洗，润洗后相当于所盛装溶液的物质的量增大。 (2)仰视读数偏大，俯视读数偏小。

(3)如不排空气，取液时体积变小，滴定时体积变大。

4．KMnO4(H)溶液、溴水、Na2CO3溶液、稀盐酸应分别盛放在哪种滴定管中？

5．滴定管盛标准溶液时，其液面一定要在0刻度吗？

6．(1)中和滴定的关键是什么？

(2)滴定终点就是酸碱恰好中和的点吗？

答案 (1)中和滴定的关键：①准确测定两种反应物溶液的体积；②确保标准液浓度的准确；③滴定终点的准确判定(包括指示剂的合理选用)。

(2)滴定终点是指示剂颜色发生突变的点，不一定是酸碱恰好中和的点。 例题

1.在一支25mL的酸式滴定管中盛入0.1mol/L HCl溶液，其液面恰好在5mL刻度处。若把滴定管内溶液全部放入烧杯中,再用0.1mol/L NaOH溶液进行中和，则所需NaOH溶液的体积 A．大于20mL

B．小于20mL

C．等于20mL

（ ）

D．等于5mL

（ ）

＋

2．进行中和滴定时，事先不应该用所盛溶液洗涤的仪器是 A．酸式滴定管

B．碱式滴定管

C．锥形瓶 D．移液管

3．实验室用标准盐酸溶液测定某NaOH溶液的浓度，用甲基橙作指示剂，下列操作中可能

使测定结果偏低的是

（ ）

A．酸式滴定管在装酸液前未用标准盐酸溶液润洗2~3次

B．开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡，在滴定过程中气泡消失 C．锥形瓶内溶液颜色变化由黄色变橙色，立即记下滴定管液面所在刻度 D．盛NaOH溶液的锥形瓶滴定前用NaOH溶液润洗2~3次

指示剂选择的基本原则

变色要灵敏，变色范围要小，使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。 (1)不能用石蕊作指示剂。

(2)滴定终点为碱性时，用酚酞作指示剂，例如用NaOH溶液滴定醋酸。 (3)滴定终点为酸性时，用甲基橙作指示剂，例如用盐酸滴定氨水。 (4)强酸滴定强碱一般用甲基橙，但用酚酞也可以。

(5)并不是所有的滴定都须使用指示剂，如用标准的Na2SO3滴定KMnO4溶液时，KMnO4颜色褪去时即为滴定终点。

题组一 中和滴定仪器及指示剂的选择

1．用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度，参考如图所示从下表中选出正确选项

( )

2．实验室现有3种酸碱指示剂，其pH变色范围如下：

甲基橙：3.1～4.4 石蕊：5.0～8.0 酚酞：8.2～10.0

用0.100 0 mol·L1 NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液，反应恰好完全时，

－

下列叙述中正确的是 ( )

A．溶液呈中性，可选用甲基橙或酚酞作指示剂 B．溶液呈中性，只能选用石蕊作指示剂 C．溶液呈碱性，可选用甲基橙或酚酞作指示剂 D．溶液呈碱性，只能选用酚酞作指示剂

课后练习

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)25 ℃与60 ℃时，水的pH相等

( ) ( )

(2)中和等体积、等物质的量浓度的盐酸和醋酸所消耗的n(NaOH)相等

(3)“中和滴定”实验中，容量瓶和锥形瓶用蒸馏水洗净后即可使用，滴定管和移液管用蒸馏水洗净后，须经干燥或润洗后方可使用

－

( )

(4)用0.200 0 mol·L1 NaOH标准溶液滴定HCl与CH3COOH的混合液(混合液中两种酸的浓度均约为0.1 mol·L1)，至中性时，溶液中的酸未被完全中和

－

( ) ( )

(6)常温下，将pH＝3的醋酸溶液稀释到原体积的10倍后，溶液的pH＝4 (7)25 ℃时NH4Cl溶液的Kw大于100 ℃时NaCl溶液的Kw (9)中和滴定实验时，用待测液润洗锥形瓶

2．(2012·上海，7)水中加入下列溶液对水的电离平衡不产生影响的是 A．NaHSO4溶液

B．KF溶液 D．NaI溶液

( )

( )

( )

C．KAl(SO4)2 溶液

3．向纯水中加入少量下列物质或改变下列条件，能促进水的电离，并能使溶液中c(OH)> c(H)的操作是

＋

－

( )

①稀硫酸 ②金属钠 ③氨气 ④FeCl3固体 ⑤NaClO固体 ⑥将水加热煮沸 A．②⑤ B．①④ C．③④⑥

4．对滴有酚酞试液的下列溶液，操作后颜色变深的是( )

A．明矾溶液加热 B．CH3COONa溶液加热 C．氨水中加入少量NH4Cl固体 D．小苏打溶液中加入少量NaCl固体

D．④

5. 用标准的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时，下列各操作中，无误差的是

A. 用蒸馏水洗净酸式滴定管后，注入标准溶液盐酸进行滴定

B. 用蒸馏水洗涤锥形瓶后，再用NaOH溶液润洗，而后装入一定体积的NaOH溶液进行滴定

C. 用碱式滴定管量取10.00mLNaOH溶液放入用蒸馏水洗涤后的锥形瓶中，再加入适量蒸馏水和2滴甲基橙试液后进行滴定

D. 若改用移液管取待测液10.00mLNaOH溶液放入锥形瓶后，把留在移液管尖嘴处的液体吹入锥形瓶内，再加入1mL甲基橙指示剂后进行滴定

6、. 用已知浓度的酸滴定未知浓度的碱时，用甲基橙作指示剂，会导致待测碱液的浓度偏低的操作是

①酸式滴定管用蒸馏水洗后，未用标准液润洗 ②碱式滴定管用蒸馏水洗后，未用待测液润洗 ③配制碱液时，称量的固体吸潮

④滴定前酸式滴定管尖嘴部分有气泡，滴定过程中气泡消失 ⑤滴定中不慎将锥形瓶内液体摇出少量于瓶外 A. ①③④ B. ②⑤ C. ②③⑤ D. ④

7、实验室有标准盐酸溶液测定某NaOH溶液的浓度，用甲基橙作指示剂，下列操作中可能使测定结果偏低的是

A、酸式滴定管在装酸液前未用标准盐酸溶液润洗2-3次

B、开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡，在滴定过程中气泡消失 C、锥形瓶内溶液颜色变化由黄色变橙色，立即记下滴定管面所在刻度 D、盛NaOH溶液的锥形瓶滴定前NaOH溶液润洗2-3次

8、 常温下，若使pH=3的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混合使其成为pH=7的溶液，混合时两溶液的体积比为

A．1∶60 B．3∶1 C．100∶1 D．1∶100

9．(2011·菏泽模拟)下列操作中，能使电离平衡H2O 性的是( )

A．向水中加入NaHSO4溶液 B．向水中加入Al2(SO4)3溶液 C．向水中加入Na2CO3溶液

10．(2011·东城模拟)常温时，下列关于电解质溶液的叙述正确的是( ) A．稀释pH＝10的氨水，溶液中所有离子的浓度均降低 B．pH均为5的盐酸和氯化铵溶液中，水的电离程度相同 C．等浓度的碳酸钠与碳酸氢钠溶液相比，碳酸钠溶液的pH大

D．分别中和pH与体积均相同的硫酸和醋酸，硫酸消耗氢氧化钠的物质的量多

H＋OH向右移动且溶液呈酸

＋

－

11．(2011·诸城二模)现有常温条件下甲、乙、丙三种溶液，甲为0.1 mol·L溶液，乙为0.1 mol·L题：

(1)甲溶液的pH＝________；

－1

－1

的NaOH

的HCl溶液，丙为0.1 mol·L

－1

的CH3COOH溶液，试回答下列问

(2)丙溶液中存在电离平衡为________________________________________________ (用电离平衡方程式表示)；

(3)甲、乙、丙三种溶液中由水电离出的c(OH)的大小关系为________；

(4)某同学用甲溶液分别滴定20.00 mL乙溶液和20.00 mL丙溶液，得到如图所示两条滴定曲线，请完成有关问题：

－

1. 甲溶液滴定丙溶液的曲线是________(填“图1”或“图2”)； 2 . a＝________ mL。