第34講 水的電離和溶液的pH
考點(diǎn)一　水的電離考點(diǎn)二　溶液的酸堿性與pH經(jīng)典真題·明考向作業(yè)手冊
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(1)水是極弱的電解質(zhì)①水的電離方程式為　 ,?簡寫為　　　　　 　　　。 ?②水的電離常數(shù)表達(dá)式:　 。 ?(2)水的電離過程　　　　(填“吸熱”或“放熱”)。 ?
H2O+H2O ? H3O++OH-　
H2O ? H++OH-
c(H+)·c(OH-)
3. 影響水的電離平衡的因素
(1)溫度:溫度升高,　　　　水的電離;溫度降低,　　　　水的電離。?(2)酸、堿:　　　　水的電離。?(3)能水解的鹽:　　　　水的電離。?(4)實例分析:填寫下表(填“增大”“不變”“減小”“正向”或“逆向”)。
[警示] (1)給水加熱,水的電離程度增大,c(H+)>10-7 ml·L-1,pH10-2 ml·L-1,與pH=12的NaOH溶液等體積混合后,弱酸過量,故溶液呈酸性。
(6)pH=12的NH3·H2O溶液中c(NH3·H2O)>10-2 ml·L-1,與pH=2的鹽酸等體積混合后,弱堿過量,故溶液呈堿性。(7)0.2 ml·L-1醋酸溶液和0.1 ml·L-1的NaOH溶液等體積混合得到等濃度的醋酸與醋酸鈉混合溶液,醋酸的電離程度大于醋酸根離子的水解程度,故顯酸性。(8)0.2 ml·L-1 HCN溶液和0.1 ml·L-1的NaOH溶液等體積混合,得到等濃度的HCN與NaCN混合液,HCN的電離程度弱于CN-的水解程度,故顯堿性。
題組一　溶液的酸堿性判斷
1.25 ℃,下列溶液等體積混合后pH>7的是( 　)A.pH=4的鹽酸與pH=10的Ba(OH)2溶液B.pH=4的硝酸與pH=10的氨水C.pH=2的醋酸與pH=12的NaOH溶液D.pH=2的硫酸與pH=12的KOH溶液
[解析] 25 ℃,pH=4的鹽酸中c(H+)=1×10-4 ml·L-1,pH=10的Ba(OH)2溶液中c(OH-)=1×10-4 ml·L-1,強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等體積混合,恰好完全反應(yīng),則混合后溶液的pH=7,A錯誤;pH=4的硝酸中c(H+)=1×10-4 ml·L-1,pH=10的氨水中c(OH-)=1×10-4 ml·L-1,但NH3·H2O是弱堿,不完全電離,電離產(chǎn)生的c(OH-)=1×10-4 ml·L-1,c(NH3·H2O)大于1×10-4 ml·L-1,當(dāng)硝酸和氨水等體積混合后,一水合氨是遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量的,則混合后溶液顯堿性,溶液的pH>7,B正確;
pH=2的醋酸中c(H+)=1×10-2 ml·L-1,pH=12的NaOH溶液中c(OH-)=1×10-2 ml·L-1,醋酸是弱酸,不完全電離,醋酸電離產(chǎn)生的c(H+)=1×10-2 ml·L-1,但c(CH3COOH)大于1×10-2 ml·L-1,當(dāng)醋酸和NaOH溶液等體積混合后,醋酸是遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量的,則混合后溶液顯酸性,溶液的pH②>④>③C.③④溶液中,水電離出的c水(H+)=1×10-11 ml·L-1D.將a L溶液④與b L溶液②混合后,若所得溶液的pH=4,則a∶b=9∶11
4.常溫下,向20 mL 0.1 ml·L-1的HCOOH溶液中逐滴加入0.1 ml·L-1的NaOH溶液,溶液中由水電離出c(H+)的負(fù)對數(shù)[-lg c水(H+)]與所加NaOH溶液體積的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　 )A.c、d、f三點(diǎn)中H2O的電離程度的大小順序:d>c>fB.e點(diǎn)對應(yīng)的溶液pH=7C.常溫下,HCOO-的水解平衡常數(shù)Kh約為1×10-5D.b點(diǎn)的溶液呈酸性,粒子濃度之間存在:c(HCOOH)+c(H+)=c(OH-)+c(HCOO-)
[解析] 圖中曲線上縱坐標(biāo)越大,c水(H+)越小,則水的電離程度越小。酸堿抑制水的電離,弱酸陰離子水解促進(jìn)水的電離,由圖可知,c、d、f三點(diǎn)中H2O的電離程度的大小順序為d>c>f,故A正確;a點(diǎn)溶質(zhì)為HCOOH,抑制水的電離,溶液呈酸性;b點(diǎn)溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的HCOOH、HCOONa,抑制水的電離,溶液呈酸性;d點(diǎn)溶質(zhì)為HCOONa,促進(jìn)水的電離,溶液呈堿性,c點(diǎn)溶液呈中性,不影響水的電離;e點(diǎn)是在d點(diǎn)的基礎(chǔ)上繼續(xù)加入NaOH,所以e、f點(diǎn)溶液都呈堿性,故B錯誤;
b點(diǎn)溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的HCOONa、HCOOH,溶液呈酸性,c(H+)>c(OH-),說明HCOOH的電離程度大于HCOO-的水解程度,鈉離子不水解,所以存在c(HCOOH)c(CH3COO-)
[解析] 升溫促進(jìn)CH3COOH的電離和揮發(fā),pH先減小后增大,由圖可知,曲線L1表示CH3COOH溶液的pH與溫度的關(guān)系,T ℃時醋酸電離產(chǎn)生H+對水的電離抑制程度最大,水電離程度最小,A正確;由圖可知,曲線L2表示H2R溶液的pH與溫度的關(guān)系,則T ℃時,溶液中H2O和H2R電離出的H+濃度之和為10-a ml·L-1,H2O電離出的c水(H+)=c水(OH-)=(10-a-0.1) ml·L-1,溶液中的OH-全部來自水的電離,水的離子積常數(shù)KW=10-a(10-a-0.1),B正確;T ℃之后,溫度升高,CH3COOH溶液pH增大,主要原因是醋酸揮發(fā),C正確;由電荷守恒可知,2c(R2-)=c(CH3COO-),D錯誤。
2. 丙烯酸(CH2 = CHCOOH)和硫氰酸(HSCN)是兩種一元酸且Ka(HSCN)>Ka(CH2 = CHCOOH)。室溫下,pH為3的兩種酸溶液加水稀釋,溶液pH變化如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)A.曲線L2代表硫氰酸溶液pH與V(H2O)關(guān)系B.a點(diǎn)溶液與等體積pH=9的NaOH溶液中和后得到酸性溶液C.只要保持溫度不變,pH=3的丙烯酸溶液加水稀釋過程中c水(H+)·c水(OH-)不變D.加水無限稀釋不能使a點(diǎn)移至c點(diǎn)
[解析] 由圖像可知,相同pH的兩種酸溶液,稀釋相同的倍數(shù),曲線L2對應(yīng)的變化量大,對應(yīng)酸的酸性強(qiáng),因為Ka(HSCN)>Ka(CH2 = CHCOOH),所以曲線L2代表硫氰酸溶液pH與V(H2O)關(guān)系,A正確;a點(diǎn)為pH=5的HSCN溶液,與等體積pH=9的NaOH溶液反應(yīng)后,HSCN過量,溶液顯酸性,B正確;溫度不變,pH=3的丙烯酸溶液加水稀釋過程,c(H+)減小,水的電離程度增大,c水(H+)·c水(OH-)增大,C錯誤;加水無限稀釋,pH無限接近7但不會超過7,不能使a點(diǎn)移至c點(diǎn),D正確。
考點(diǎn)一 水的電離和溶液的pH
[解析] 在25 ℃時,某稀溶液中由水電離產(chǎn)生的c(H+)為1×10-13 ml·L-110-7 ml·L-1,所以80 ℃時氯化鈉溶液的pH一定小于7,C項正確;不明確酸和堿的強(qiáng)弱,不能判斷混合溶液的pH,D項錯誤。
5. 水的電離平衡曲線如圖所示,下列說法不正確的是(　 )A.圖中五點(diǎn)KW間的關(guān)系:B>C>A=D=EB.若處在B點(diǎn)時,將pH=2的硫酸與pH=12的KOH溶液等體積混合后,溶液顯中性C.向E點(diǎn)對應(yīng)的NaOH溶液中滴加適量醋酸溶液至A點(diǎn),此時c(Na+)=c(CH3COO-)D.若從A點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn),可采用溫度不變在水中加少量NH4Cl固體
[解析] A、D、E都處于25 ℃時,KW相等,B點(diǎn)c(H+)和c(OH-)都大于C點(diǎn)的c(H+)和c(OH-),并且C點(diǎn)的c(H+)和c(OH-)大于A點(diǎn)的c(H+)和c(OH-),c(H+)和c(OH-)越大,KW越大,故KW:B>C>A=D=E,A正確;若處在B點(diǎn),KW=1×10-12,pH=2的硫酸中氫離子濃度為10-2 ml·L-1,pH=12的KOH溶液中氫氧根離子濃度為1 ml·L-1,等體積混合,KOH過量,故溶液呈堿性,B錯誤;
向E點(diǎn)對應(yīng)的NaOH溶液中滴加適量醋酸溶液至A點(diǎn)時,溶液中存在電荷守恒,c(H+)+c(Na+)=c(CH3COO-)+c(OH-),pH=7時,c(H+)=c(OH-),所以有c(Na+)=c(CH3COO-),C正確;從A點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn),水電離出的氫離子濃度增大,KW不變,加入氯化銨,銨根離子水解呈酸性,使氫離子濃度增大,可以實現(xiàn),D正確。
6. 常溫下0.1 ml·L-1醋酸溶液的pH=a,下列能使溶液pH=a+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0.2 ml·L-1鹽酸D.升高溶液的溫度
[解析] pH由a變成a+1,表明溶液酸性減弱。將溶液稀釋10倍,若電離平衡不移動,則溶液pH由a變成a+1,但由于電離平衡會發(fā)生移動,A項錯誤;加入適量醋酸鈉固體,可抑制醋酸的電離,使溶液pH增大,B項正確;向弱酸溶液中加入等體積、濃度較大的強(qiáng)酸,溶液酸性增強(qiáng),C項錯誤;升高溶液的溫度會促進(jìn)醋酸電離,酸性增強(qiáng),D項錯誤。
考點(diǎn)二　溶液的pH計算
7. 常溫下將pH=1的硫酸平均分成兩等份,一份加入適量水,另一份加入與該硫酸溶液物質(zhì)的量濃度相同的氫氧化鈉溶液,兩者pH都增大了1。加入水和NaOH溶液的體積比為(忽略混合過程中體積變化)(　 )A.11∶1B.10∶1C.6∶1D.5∶1
8. 已知100 ℃時,0.01 ml·L-1 NaHSO4溶液中水電離的c水(H+)=10-10 ml·L-1,該溫度下將pH=8的Ba(OH)2溶液V1 L與pH=5的NaHSO4溶液V2 L混合,所得溶液pH=7,則V1∶V2為(忽略混合過程中體積變化)(　 )A.2∶9 B.1∶9C.1∶1D.1∶2
10. 25 ℃時,用0.100 ml·L-1鹽酸滴定100 mL等濃度的MOH溶液,混合溶液的pH及pOH水[pOH水=-lg c水(OH-),c水(OH-)為水電離出的OH-的濃度]與滴入鹽酸體積的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(　 )A.25 ℃時,MOH電離常數(shù)的數(shù)量級為10-4B.點(diǎn)①溶液中:c(MOH)>c(Cl-)>c(M+)C.點(diǎn)②溶液呈酸性,c(M+)=104c(MOH)D.點(diǎn)③溶液呈中性,c(Cl-)=c(M+)
考點(diǎn)三　水的電離和溶液pH綜合考查
11. 某二元酸H2X在水中的電離方程式是H2X = H++HX-,HX- ? H++X2-,常溫下,向20.00 mL 0.01 ml·L-1 H2X溶液中滴入0.01 ml·L-1 NaOH溶液,pOH水與所加NaOH溶液體積的關(guān)系如圖所示。已知pOH水表示溶液中由水電離出的c水(OH-)的負(fù)對數(shù),即pOH水=-lg c水(OH-)。下列說法錯誤的是(　 )A.常溫下,0.01 ml·L-1 H2X溶液的pH為1.4B.溶液中水的電離程度:d>c>bC.e點(diǎn)溶液呈堿性D.d點(diǎn)溶液中存在2c(Na+)=c(HX-)+c(X2-)
[解析] 滴加NaOH溶液20.00 mL恰好生成NaHX,對應(yīng)圖像b點(diǎn);滴加NaOH溶液40.00 mL恰好生成Na2X,此時由于X2-的水解對水的電離的促進(jìn)作用最大,對應(yīng)圖像d點(diǎn);此后氫氧化鈉過量,水的電離又受到抑制。由圖可知,常溫下,0.01 ml·L-1 H2X溶液的pOH水=12.6,則H2X溶液的pH為1.4,A正確。
由圖像可知,b點(diǎn)溶質(zhì)為NaHX,pOH水=11.2>7,溶液中c(H+)=10-2.8 ml·L-1,則溶液顯酸性,水的電離受到抑制;c點(diǎn)溶質(zhì)為NaHX、Na2X,pOH水=7,溶液中c(OH-)=10-7 ml·L-1,HX-的電離程度與X-的水解程度恰好相當(dāng),則溶液顯中性;d點(diǎn)溶質(zhì)為Na2X,水的電離受到促進(jìn),電離程度最大;故水的電離程度:d>c>b,B正確;e點(diǎn)溶質(zhì)為NaOH、Na2X,溶液顯堿性,C正確;d點(diǎn)溶質(zhì)為Na2X,根據(jù)元素守恒可知,c(Na+)=2c(HX-)+2c(X2-),D錯誤。
(3)已知水在25 ℃和95 ℃時,其電離平衡曲線如圖所示。①曲線A所對應(yīng)的溫度下,pH=2的HCl溶液和pH=12的某BOH溶液中,若水的電離程度分別用α1、α2表示,則α1　　　　α2(填“大于”“小于”“等于”或“無法確定”,下同),若將二者等體積混合,則混合溶液的pH　　　　　　7。?
[解析] (3)①曲線A所對應(yīng)的溫度下水的離子積常數(shù)為10-14,pH=2的HCl溶液中氫離子濃度是0.01 ml·L-1,pH=12的某BOH溶液中氫氧根離子濃度是0.01 ml·L-1,因此對水的電離抑制程度相同,則α1等于α2。若將二者等體積混合,由于BOH的堿性強(qiáng)弱不確定,如果是強(qiáng)堿,二者恰好反應(yīng),溶液顯中性,如果是弱堿,則反應(yīng)后BOH過量,溶液顯堿性,因此混合溶液的pH無法確定。
②在曲線B所對應(yīng)的溫度下,將0.02 ml·L-1的Ba(OH)2溶液與等物質(zhì)的量濃度的NaHSO4溶液等體積混合,所得混合液的pH=　　　　。?
③若另一溫度下測得0.01 ml·L-1NaOH溶液的pH為11。在該溫度下,將pH=a的NaOH溶液Va L與pH=b的硫酸Vb L混合,若所得混合液的pH=10,且a=12,b=2,則Va∶Vb=　　　　。?

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