?第二節(jié)　水的電離和溶液的pH
第一課時　水的電離　溶液的酸堿性與pH
[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解水的電離平衡及其影響因素。2.掌握水的離子積——Kw。3.知道溶液的酸堿性與pH的關(guān)系。4.會進(jìn)行簡單的pH的計算。



1．水的電離
(1)水是一種極弱的電解質(zhì)，能發(fā)生微弱的電離，其電離方程式為2H2OH3O＋＋OH－，可簡寫為H2OH＋＋OH－。
(2)水的離子積常數(shù)
①概念及表達(dá)式
在一定溫度下，c(H＋)與c(OH－)的乘積是一個常數(shù)，稱為水的離子積常數(shù)，簡稱水的離子積，用Kw表示，即Kw＝c(H＋)·c(OH－)。25 ℃時，Kw＝1×10－14。
②影響因素
與化學(xué)平衡常數(shù)一樣，Kw只與溫度有關(guān)，一定溫度下，Kw為常數(shù)。因為水的電離是吸熱過程，所以隨著溫度的升高，水的電離程度增大，Kw增大。不同溫度下水的離子積常數(shù)如表所示：
t/℃
0
10
20
25
40
100
Kw/10－14
0.115
0.296
0.687
1.01
2.87
54.5
2．溶液的酸堿性與pH
水的Kw不僅適用于純水，也適用于稀的電解質(zhì)水溶液。
(1)溶液的酸堿性與c(H＋)和c(OH－)的關(guān)系

c(H＋)與c(OH－) 相對大小
c(H＋)/mol·L－1的范圍(25 ℃)
中性溶液
c(OH－)＝c(H＋)
c(H＋)＝1.0×10－7
酸性溶液
c(OH－)1.0×10－7
堿性溶液
c(OH－)>c(H＋)
c(H＋)c(OH－)的溶液
答案　D


知識點一　外界條件對水的電離平衡和Kw的影響

水的電離平衡遵循化學(xué)平衡的一般規(guī)律。改變c(OH－)或c(H＋)只能改變水的電離程度，不能改變Kw；改變溫度，Kw和水的電離程度都改變。具體地如下表所示：
條件
改變
對水電離平衡的影響
水電離平
衡移動的
方向
電離程度
c(H＋)

c(OH－)
Kw的變化
升高溫度
促進(jìn)
正向移動
增大
增大
增大
增大
增大H＋的濃度(加酸)
抑制
逆向移動
減小
增大
減小
不變
增大OH－的濃度(加堿)
抑制
逆向移動
減小
減小

增大

不變
加入活潑金屬，如Na (恢復(fù)到原來溫度)
促進(jìn)
正向移動
增大
減小


增大


不變




[解析]　某溫度下，蒸餾水中的c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1>1×10－7 mol·L－1，且此溫度下Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－6×1×10－6＝1×10－12，說明該溫度下促進(jìn)了水的電離，故該溫度高于25 ℃，A正確；由c水(H＋)＝c(OH－)＝＝1×10－10 mol·L－1，B正確；NaHSO4屬于強酸的酸式鹽，抑制水的電離，C正確；稀釋后，溶液中c(H＋)減小，但水的離子積不變，故溶液中的c(OH－)增大，D不正確。
[答案]　D
[練1]　下列說法正確的是(　　)
A．HCl溶液中無OH－
B．NaOH溶液中無H＋
C．NaCl溶液中既無OH－，也無H＋
D．常溫下，任何物質(zhì)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H2OH＋＋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三項錯誤，D項正確。
[練2]　某溫度下，純水中的c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，則此時純水中的c(OH－)為 mol·L－1；若溫度不變，滴入稀硫酸，使c(H＋)＝5×10－6 mol·L－1，則c(OH－)＝ mol·L－1，由水電離出的c水(H＋)＝ mol·L－1。
答案　2×10－7　8×10－9　8×10－9
解析　任何溫度下由水電離出的c水(H＋)＝c水(OH－)，故c(OH－)為2×10－7 mol·L－1，此時水的離子積Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝4×10－14。滴入稀硫酸使
c(H＋)＝5×10－6 mol·L－1時，c(OH－)＝＝8×10－9 mol·L－1，由水電離的c水(H＋)與c(OH－)相等，即c水(H＋)＝8×10－9 mol·L－1。
　水電離出的H＋或OH－濃度計算
(1)純水c(H＋)＝c(OH－)＝。
(2)酸溶液中OH－是水電離產(chǎn)生的，故水電離的H＋濃度等于溶液中OH－的濃度。即cH2O(H＋)＝c(OH－)＝?c(H＋)。
(3)堿溶液中H＋是水電離產(chǎn)生的，故水電離的OH－濃度等于溶液中H＋的濃度。即cH2O(OH－)＝c(H＋)＝?c(OH－)。
知識點二　溶液的酸堿性、溶液的pH和c(H＋)、c(OH－)的關(guān)系(25 ℃時)

任何情況下，均可根據(jù)溶液中c(H＋)和c(OH－)的相對大小來判斷溶液的酸堿性。只有在25 ℃時才能利用c(H＋)與1.0×10－7 mol·L－1的相對大小來判斷溶液的酸堿性。溶液中c(H＋)越小，c(OH－)越大，溶液的酸性越弱，堿性越強；c(H＋)越大，c(OH－)越小，溶液的酸性越強，堿性越弱。具體分析見下表：





[解析]　根據(jù)c(OH－)可直接比較溶液的堿性大小。A、C、D三項中溶液的c(OH－)依次為1×10－3 mol·L－1、0.1 mol·L－1、1×10－4 mol·L－1，可知B項溶液中的c(OH－)最大，堿性最強。
[答案]　B
[練3]　25 ℃時，水中存在電離平衡：H2OH＋＋OH－。下列說法不正確的是(　　)
A．水的電離是吸熱過程
B．向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不變
C．含H＋的溶液顯酸性，含OH－的溶液顯堿性
D．水是極弱的電解質(zhì)，50 ℃時水的pH小于7
答案　C
解析　A項，電解質(zhì)的電離都是吸熱過程，正確；B項，Kw只與溫度有關(guān)，正確；C項，應(yīng)根據(jù)溶液中c(H＋)與c(OH－)的相對大小判斷溶液的酸堿性，錯誤；D項，水的電離是吸熱過程，常溫下水的pH等于7，升溫到50 ℃，c(H＋)增大，水的pH減小，正確。
[練4]　對于90 ℃的純水，以下認(rèn)識正確的是(　　)
A．c(H＋)>10－7 mol·L－1>c(OH－)，pH10－7 mol·L－1，pH10－7 mol·L－1>c(OH－)，pH10－7 mol·L－1，pH＝7，顯中性
答案　B
解析　水的電離是吸熱過程，升高溫度促進(jìn)水的電離，純水中c(H＋)、c(OH－)都增大，pH7，溶液呈堿性
B．pHKw(35 ℃)
D．水的電離是一個吸熱過程
答案　D
解析　Kw(35 ℃)>Kw(25 ℃)，說明溫度升高，水的電離程度增大，水的電離是吸熱過程。由H2OH＋＋OH－可得，任何溫度下，純水電離出的c(H＋)＝c(OH－)。
2．下列微粒中能影響水的電離平衡，且加入該微粒能使水的電離平衡H2OH＋＋OH－向左移動的是(　　)
A．NO B．C2H5OH
C．Na D．[H]－
答案　D
解析　硝酸根離子在水溶液中對水的電離平衡無影響，水的電離平衡不移動，A錯誤；乙醇為非電解質(zhì)，不會影響水的電離平衡，B錯誤；Na與水電離出的氫離子反應(yīng)，水的電離平衡向右移動，C錯誤；氫氧根離子抑制水的電離，能使水的電離平衡向左移動，D正確。
3．用pH試紙測定某無色溶液的pH，正確的是(　　)
A．將pH試紙放入溶液中，觀察其顏色變化并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照
B．用廣泛pH試紙測得該無色溶液的pH為2.3
C．用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH試紙上，觀察其顏色變化并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照
D．用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取溶液，滴在濕潤的pH試紙上，測量的pH結(jié)果一定偏低
答案　C
解析　用pH試紙測定溶液的pH時，不能將pH試紙放入溶液中或?qū)⑷芤旱乖趐H試紙上。正確的操作方法是用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH試紙上，觀察其顏色變化并與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照，C正確，A錯誤；廣泛pH試紙的讀數(shù)不會出現(xiàn)小數(shù)，只能讀到整數(shù)，pH不能為2.3，B錯誤；pH試紙?zhí)崆皾櫇?，則相當(dāng)于將待測液稀釋，這樣測酸性溶液時，pH偏高，測堿性溶液時，pH偏低，均會造成誤差，在測中性溶液時，pH不變，不產(chǎn)生誤差，D錯誤。
4．下列溶液一定呈酸性的是(　　)
A．c(OH－)>c(H＋)的溶液
B．滴加紫色石蕊溶液后變紅的溶液
C．c(H＋)＝10－6 mol·L－1的溶液
D．pHc(OH－)，溶液呈酸性；而pH10－7 mol·L－1僅適用于常溫時，若溫度不確定，則不能用來判斷溶液的酸堿性。
5．下列各項中，能表示人大量喝水時，胃液pH變化的圖像是(　　)

答案　A
解析　由于胃液中含有鹽酸，所以胃液應(yīng)呈酸性，pH0，下列敘述正確的是(　　)
A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移動，c(OH－)減小
B．向水中加入少量固體硫酸氫鈉，c(H＋)增大，Kw不變
C．向水中加入少量稀鹽酸，平衡逆向移動，c(H＋)減小
D．將水加熱，Kw增大，c(H＋)不變
答案　B
解析　向水中加入稀氨水，水的電離平衡逆向移動，但c(OH－)增大，A項錯誤；向水中加入稀鹽酸，水的電離平衡逆向移動，c(H＋)增大，C項錯誤；將水加熱，水的電離平衡正向移動，水電離出的c(H＋)和c(OH－)均增大，Kw增大，pH減小，D項錯誤。
7．常溫下，a mol·L－1醋酸溶液的pH＝m，下列能使溶液pH＝m＋1的措施是(　　)
A．將溶液稀釋到原體積的10倍
B．加入適量的醋酸鈉固體
C．加入等體積2a mol·L－1鹽酸
D．升高溶液的溫度
答案　B
解析　醋酸是弱酸，電離方程式是CH3COOHH＋＋CH3COO－，稀釋10倍，pH增加不到一個單位，A項錯誤；加入適量的醋酸鈉固體，抑制醋酸的電離，c(H＋)減小，溶液pH增大，可以使其pH由m變成m＋1，B項正確；加入等體積2a mol·L－1鹽酸，雖抑制醋酸的電離，但c(H＋)增大了，溶液的pH減小，C項錯誤；升高溶液的溫度，促進(jìn)了醋酸的電離，c(H＋)增大，溶液的pH減小，D項錯誤。
8．在常溫下，將pH＝9的NaOH溶液與pH＝11的NaOH溶液等體積混合后，溶液的pH最接近(已知lg 2≈0.3)(　　)
A．9.3 B．9.7 C．10.3 D．10.7
答案　D
解析　pH＝9的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－5 mol·L－1，pH＝11的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，混合后c(OH－)＝ mol·L－1≈ mol·L－1，則溶液中的c(H＋)＝＝ mol·L－1＝2.0×10－11 mol·L－1，所以pH＝11－lg 2≈10.7，D項正確。
二、選擇題(本題共4小題，每小題有1個或2個選項符合題意)
9．在－50 ℃時，液氨的電離跟水的電離相似，存在如下電離平衡：2NH3(l)NH＋NH，NH的平衡濃度為1×10－15 mol·L－1，下列說法錯誤的是(　　)
A．在液氨中加入NaNH2，可使液氨的離子積變大
B．在液氨中加入NH4Cl，液氨的離子積不變
C．此溫度下液氨的離子積K為1×10－30
D．在液氨中加入金屬鈉可能有NaNH2生成
答案　A
解析　液氨的離子積跟水的離子積性質(zhì)一樣，即只與溫度有關(guān)，向液氨中加入NaNH2、NH4Cl相當(dāng)于分別在水中加入NaOH、HCl，水的離子積和液氨的離子積均不變，A項錯誤，B項正確；該溫度下液氨的離子積K＝1×10－15×1×10－15＝1×10－30，C項正確；NH相當(dāng)于純水中水電離出的H3O＋，因此將鈉加入液氨中會生成氫氣和NaNH2，D項正確。
10．25 ℃時，重水(D2O)的離子積常數(shù)為1.6×10－15，也可用pH一樣的定義來規(guī)定其酸堿度：pD＝－lg c(D＋)，下列有關(guān)pD的敘述正確的是(　　)
A．中性D2O的pD＝7
B．1 L 0.01 mol·L－1的NaOD溶液，其pD＝12
C．1 L 0.01 mol·L－1 DCl的重水溶液，pD＝2
D．在100 mL 0.25 mol·L－1 DCl的重水溶液中，加入50 mL 0.2 mol·L－1 NaOD的重水溶液，反應(yīng)后溶液的pD＝1
答案　CD
解析　由于重水的離子積常數(shù)為1.6×10－15，因此重水中c(D＋)＝4×10－8，對應(yīng)的pD≈7.4，故A錯誤；在0.01 mol·L－1 NaOD溶液中，c(OD－)＝0.01 mol·L－1，根據(jù)重水的離子積常數(shù)，可推知c(D＋)＝1.6×10－13 mol·L－1，pD不等于12，故B錯誤；1 L 0.01 mol·L－1 DCl的重水溶液，c(D＋)＝0.01 mol·L－1，因此pD＝2，C正確；根據(jù)中和反應(yīng)量的關(guān)系，100 mL 0.25 mol·L－1 DCl和50 mL 0.2 mol·L－1NaOD中和后溶液中c(D＋)＝0.1 mol·L－1，因此對應(yīng)溶液的pD＝1，D正確。
11．水的電離平衡曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　)

A．圖中對應(yīng)點的溫度關(guān)系為a＜c＜b
B．純水僅升高溫度，可從a點變到c點
C．水的離子積常數(shù)Kw數(shù)值大小關(guān)系為b＞c＞d
D．在b點對應(yīng)溫度下，0.5 mol/L的H2SO4溶液與1 mol/L的KOH溶液等體積混合，充分反應(yīng)后，所得溶液的pH＝7
答案　AC
解析　水的電離是吸熱反應(yīng)，溫度升高，水的離子積常數(shù)增大，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)得出水的離子積常數(shù)Kw數(shù)值大小關(guān)系為b＞c＞a＝d，溫度關(guān)系為b＞c＞a＝d，A項正確，C項正確；a點和c點的c(OH－)相等，若純水僅升高溫度，c(OH－)與c(H＋)都增大，B項錯誤；b點的Kw＝1×10－12,0.5 mol/L的H2SO4溶液與1 mol/L的KOH溶液等體積混合，充分反應(yīng)后所得溶液顯中性，pH＝6，D項錯誤。
12．下列說法正確的是(　　)
A．25 ℃時，在pH＝4的鹽酸和醋酸溶液中，由水電離出的H＋濃度不相等
B．25 ℃時，pH＝3和pH＝5的鹽酸等體積混合后(忽略體積變化)，溶液的pH＝4
C．25 ℃時，pH＝9和pH＝11的NaOH溶液等體積混合后(忽略體積變化)，溶液的pH＝10
D．25 ℃時，pH＝3.6的某橙汁中的c(H＋)是pH＝5.6的某西瓜汁中的c(H＋)的100倍
答案　D
解析　等pH的鹽酸和醋酸溶液，同等程度地抑制水的電離，兩種溶液都滿足c水(H＋)＝c水(OH－)＝10－10 mol·L－1，A錯誤；25 ℃時，pH＝3和pH＝5的鹽酸等體積混合后，混合溶液中c(H＋)＝ mol·L－1＝5.05×10－4 mol·L－1，pH≈3.3，B錯誤；25 ℃時，pH＝9和pH＝11的NaOH溶液等體積混合后，混合溶液中c(OH－)＝ mol·L－1＝5.05×10－4 mol·L－1，c(H＋)≈1.98×10－11 mol·L－1，pH≈10.7，C錯誤；25 ℃時，pH＝3.6的某橙汁中的c(H＋)與pH＝5.6的某西瓜汁中的c(H＋)之比為10－3.6∶10－5.6＝100∶1，D正確。
三、非選擇題(本題共3小題)
13．按要求填寫下列問題：
(1)某些共價化合物(如H2O、NH3、N2O4等)在液態(tài)時會發(fā)生微弱的電離，如2H2OH3O＋＋OH－，則液態(tài)NH3的電離方程式為 。
(2)已知水溶液中c(H＋)和c(OH－)的關(guān)系如圖所示，試回答下列問題：

圖中五點對應(yīng)的Kw的關(guān)系是 。
若從A點到D點，可采用的措施是 (填序號)。
a．升溫
b．加入少量的鹽酸
c．加入少量的NH3·H2O
(3)25 ℃時，0.1 mol·L－1的HA溶液中＝1010。
請回答下列問題：
①HA是 (填“強電解質(zhì)”或“弱電解質(zhì)”)。
②在加水稀釋HA溶液的過程中，隨著水量的增加而增大的是 (填序號)。
A．c(HA)
B．c
C．c(H＋)與c(OH－)的乘積
D．c(OH－)
(4)現(xiàn)有濃度均為0.1 mol·L－1的下列溶液：①硫酸、②醋酸、③氫氧化鈉，三種溶液中由水電離出的H＋濃度由大到小的順序是 (用序號表示)。
答案　(1)2NH3NH＋NH　(2)E＝A＝D①
解析　(1)依據(jù)2H2OOH－＋H3O＋，可知液態(tài)NH3可電離出NH和NH，電離方程式為2NH3NH＋NH。
(2)Kw只與溫度有關(guān)，溫度升高，Kw以及水電離出的c(H＋)和c(OH－)均增大，E、A、D三點對應(yīng)的溫度為25 ℃，B點對應(yīng)的溫度為100 ℃，所以五點對應(yīng)的Kw：E＝A＝Dc(H＋)，c項不符合題意。
(3)①25 ℃時，0.1 mol·L－1的HA溶液中＝1010，因c(H＋)·c(OH－)＝10－14，則溶液中c(H＋)＝0.01 mol·L－1③>①。
14．某溫度時，水的離子積常數(shù)Kw＝1×10－12。
(1)將此溫度下pH＝11的NaOH溶液與pH＝1的鹽酸等體積混合(設(shè)混合后溶液體積的變化忽略不計，下同)，混合后溶液的pH＝ 。
(2)將此溫度下pH＝11的NaOH溶液a L與pH＝1的稀硫酸b L混合，若所得的混合溶液呈中性，則a∶b＝ 。
答案　(1)6　(2)1∶1
解析　(1)此溫度下pH＝11的NaOH溶液中c(OH－)＝0.1 mol·L－1，pH＝1的鹽酸中c(H＋)＝0.1 mol·L－1，所以兩溶液等體積混合，恰好完全反應(yīng)，則混合后溶液呈中性，pH＝6。
(2)若所得混合溶液呈中性，則0.1 mol·L－1×a L＝0.1 mol·L－1×b L，所以a∶b＝1∶1。
15．在25 ℃時，有pH＝a的鹽酸和pH＝b的NaOH溶液，取Va L鹽酸與NaOH溶液中和，需Vb L NaOH溶液，問：
(1)若a＋b＝14，則＝ (填數(shù)字)。
(2)若a＋b＝13，則＝ (填數(shù)字)。
(3)若a＋b>14，則＝ (填表達(dá)式)，且Va Vb(填“>”“1　>　(4)10
解析　題目給出了酸和堿溶液pH所滿足的一系列關(guān)系式，求完全中和所需兩種溶液的體積關(guān)系。四個問題求解過程相似，依題意有：
pH＝a的鹽酸c(HCl)＝c(H＋)＝10－a mol·L－1，
pH＝b的NaOH溶液c(H＋)＝10－b mol·L－1，c(NaOH)＝＝ mol·L－1＝10b－14 mol·L－1。
完全中和應(yīng)滿足c(HCl)·Va＝c(NaOH)·Vb，
故＝＝＝10a＋b－14。
(1)若a＋b＝14，則＝1014－14＝100＝1。
(2)若a＋b＝13，則＝1013－14＝10－1＝。
(3)若a＋b>14，則＝10a＋b－14>1，Va>Vb。
(4)若a＋b＝15，則＝1015－14＝10。

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