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1、高二化学水的电离和溶液的pH【本讲主要内容】水的电离和溶液的pH1. 水的电离平衡及其影响因素,离子积常数2. 溶液的酸碱性和pH3. 溶液pH的简单计算【知识掌握】【知识点精析】一. 水的电离1. 水的电离精确实验证明:水是一种极弱电解质,它能微弱的电离,生成H3O和OH。水中存在电离平衡:H2O H2O H3OOH或 H2O HOH说明:水的电离有如下特点:水分子和水分子之间的相互作用而引起电离的发生。极难电离,通常只有极少数的水分子发生电离。水分子电离出的H和OH数目相等。水的电离过程是可逆的,吸热的。2. 水的离子积(1)实验测得:在25时,1L纯水中(即55.56mol/L)只有11
2、07mol/L H2O发生电离。则水中 C(H)1107mol/L C(OH)1107mol/L C(H) C(OH)1107水的离子积定义:在一定温度时,水中C(H)与C(OH)的乘积是一个常数,称之为水的离子积常数(写作KW ),简称为水的离子积。即KW C(H)C(OH)在25C时,有C(H) C(OH)1107, KW 11014在100C时, 有C(H) C(OH)1106, KW 11012说明:任何水溶液中均存在着水的电离平衡,即任何水溶液中均存在着C(H)与C(OH)。水的离子积是水电离平衡时具有的性质,不仅适用于纯水,也适用于其他稀水溶液。如酸、碱、盐溶液中都有KW C(H)
3、C(OH) 11014(常温)。其中C(H)、C(OH)均代表整个溶液中的C(H)和C(OH)。在酸溶液中,C(H)近似看成是酸电离出来的H浓度,C(OH)则来自于水的电离。且 C(OH)KWC(H)。在碱溶液中, C(OH)近似看成是碱电离出来的OH浓度,而 C(H)则是来自于水的电离。且 C(H)KWC(OH)。(2)KW是温度的函数,与C(H)、C(OH)的变化无关。温度升高,KW增大,温度降低,KW减小。从电离平衡的角度来看,水的电离是吸热的,故升高温度,水的电离平衡向电离方向移动,C(H)和C(OH)都增大,KW也增大;反之,则减小。如100C时, KW 11012。未注明温度,一般
4、认为是常温。(3)一定温度下,在不同溶液中C(H)KWC(OH),故C(H)和C(OH)成反比,但在任何溶液中,由水电离出的H和OH的浓度一定相等。3. 影响水的电离平衡的因素:(H2O HOH)(1)温度:因水的电离是吸热的,故升高温度,水的电离平衡向右移动。C(H)和C(OH)同时增大,但由水电离出的C(H)和C(OH)始终相等,故溶液呈中性。如水由25C升高到100C时,C(H)和C(OH)都从1107mol/L增大到1106mol/L,KW也由 11014增至11012。(2)加入酸或碱:向纯水中加入酸(或碱),由于酸(或碱 )电离出的H(或OH),使水中的C(H)或C(OH)增大,水
5、的电离平衡向左移动,达到新的平衡时,溶液中的C(H)或C(OH)增大,水的电离程度减小,但温度未变,则KW C(H)C(OH)不变。(3)加入活泼金属:向纯水中加入活泼金属,如金属钠,由于活泼金属与水电离产生的H直接发生置换反应,产生H2,使水的电离平衡向右移动。(4)加入弱碱阳离子或弱酸阴离子:由于弱碱阳离子与水电离出的OH结合生成弱碱;弱酸阴离子与水电离出的H结合生成弱酸,从而使水的C(OH)或C(H)降低,破坏了水的电离平衡,使水的电离平衡向右移动,其电离程度增大。总之,升高温度,加入活泼金属、弱碱阳离子或弱酸阴离子,能促进水的电离;降低温度,加入酸或碱,能抑制水的电离。二. 溶液的酸碱
6、性和pH1. 溶液的酸碱性溶液酸碱性取决于 C(H)和C(OH)的相对大小:常温时:酸性溶液 C(H)C(OH), C(H)1107 mol/L,C(H)越大,酸性越强, C(H)越小,酸性越弱。碱性溶液: C(H)1107 mol/L,C(OH)越大,碱性越强, C(OH)越小,碱性越弱。中性溶液:C(H) C(OH)1107 mol/L2. 溶液酸碱性的表示法:(1)当 C(H)或 C(OH)大于1mol/L时,可直接用 C(H)或C(OH)来表示溶液酸碱性。(2)若 C(H)或 C(OH)小于1mol/L,如 C(H)1107,或C(H)1.34104,这种表示溶液酸碱性就很不方便,化学
7、上采用pH来表示溶液酸碱性的强弱。概念:用H物质的量浓度的负对数来表示溶液酸碱性的强弱。表达式:pHlgC(H)或C(H)110pH例如:纯水的C(H)1107mol/L,其中pHlgC(H) lg110770.01mol/L的盐酸溶液,其中pHlgC(H)lg110220.01mol/L的NaOH溶液, 其中pHlgC(H)lg KWC(OH)lg 11014/110212物理意义:pH越大,溶液的碱性越强,反之,酸性越强25C时,溶液的酸碱性与C(H)、C(OH)、pH及KW的关系如下表所示:溶液的酸碱性C(H)mol/LC(OH)mol/LC(H)与 C(OH)大小的比较pHKW酸性11
8、07C(OH)711014中性11071107C(H)C(OH)7碱性1107C(H)7pH值的适用范围:pH值仅适用于C(H)和 C(OH)小于或等于1mol/L的稀溶液。pH值的范围0,14,当pH0时,C(H)1mol/L;当pH14时,C(OH)1mol/L。当pH改变n个单位,C(H)或C(OH)改变10n倍。定义pOH:pOHlgC(OH)lg KWC(H)14pH,即pHpOH14(常温)pH值的测得方法:用pH试纸测定。其使用方法是:取一小块试纸放在玻璃片或点滴板上,用洁净的玻璃棒蘸取待测溶液滴在试纸的中部;在半分钟内与标准比色卡比较。说明:a. 玻璃棒要洁净、干燥。b. 试纸
9、不能用蒸馏水润湿,否则pH值可能偏大、偏小,或不变。c. 所测pH值一般为整数。d. 应在半分钟内观察颜色。三. 溶液pH值的计算方法1. 酸溶液:按C(酸 )C(H)pH2. 碱溶液:按C(碱 )C(OH)C(H)pH3. 强酸、强碱溶液的稀释后的溶液:(1)对于酸溶液中的C(H),每稀释10n倍,pH增大n个单位,但增大后不超过7,酸仍为酸!对于碱溶液中的C(OH),每稀释10n倍,pH减少n个单位,但减少后不小于7,碱仍为碱!(2)pH值相同的强酸与弱酸(或强碱与弱碱),稀释相同的倍数,pH变化为强酸变化大,弱酸变化小。强碱变化大,弱碱变化小。(3)极稀溶液中的pH值的计算,应考虑水的电
10、离。4. 强酸与强碱溶液混合的计算:反应的实质:HOHH2O三种情况:(1)恰好中和,pH7(2)若余酸,先求中和后的C(H),再求pH。(3)若余碱,先求中和后的C(OH),再通过KW求出C(H),最后求pH。或先求pOH,再由pH14pOH。【解题方法指导】例1. 在纯水中,改变下列条件,使水的电离平衡向电离的正方向移动,且使溶液呈酸性的是( )A. 向水中加入NaHSO4 B. 向水中通入HCl气体C. 向水中加入NH4Cl D. 将水加热到100C解析:本题考查的是影响水的电离平衡的因素,选项A、B所加入的物质均增大氢离子浓度,使水的电离平衡逆向移动,选项C加入NH4Cl,铵根离子能够
11、结合水电离出来的氢氧根离子,使平衡正向移动,氢离子浓度增大从而显酸性,本题易误选D,当100C时,水中C(H)1106mol/L, C(OH)1106 mol/L,但溶液仍呈中性。例2. 在25C时,向纯水中通入一定量的氯化氢,当溶液中的C(H)0.1mol/L时,求由水电离出的C(H)是多少?解析:因为KW C(H)C(OH)11014,此时C(H)0.1mol/L,又在酸溶液中,C(H)近似看成是酸电离出来的 H浓度,C(OH)则来自于水的电离。C(OH)KWC(H)110140.111013 mol/L,由水电离出的C(H)和C(OH)始终相等,所以由水电离出的C(H)C(OH)1101
12、3 mol/L。点拨:无论何种溶液由水电离出的C(H)和C(OH)始终相等。例3. 某H2SO4溶液浓度为0.0050mol/L,用纯水稀释到原体积的100倍时,溶液的pH是多少?再继续稀释到100,000倍时,溶液的pH又是多少?解析:无论哪种类型的pH值计算,关键都是求出混合后溶液的氢离子浓度,再取 C(H)的负对数,就可得到混合溶液的pH值。解答:0.0050mol/LH2SO4溶液的氢离子浓度为0.010mol/L。用纯水稀释到原体积的100倍时的 C(H)为:稀释后溶液的pH是:pHlgC(H) lg11044 当把pH等于4的溶液继续稀释100,000时,溶液中的 C(H)略高于
13、,溶液的pH为6.96。例4. pH等于1与pH等于5的两强酸溶液各10mL,混合后溶液的pH是多少?解析:pH等于1的强酸溶液 C(H)为 ,pH值等于5的强酸溶液 C(H)为 ,混合后溶液的 C(H)要用原两强酸所含 H的物质的量除以混合后溶液的体积。解答:两强酸溶液混合后的氢离子浓度为:混合溶液的pH为:pHlgC(H) lg51021.30点拨:两种强酸溶液等体积混合,所得溶液的pH由酸性强的溶液决定,比酸性强的原溶液pH略大,其值为0.3。例5. 99 mL0.10mol/LHCl溶液与101 mL 0.050 mol/LBa(OH )2溶液混合,所得溶液的pH是多少?解析:盐酸与
14、Ba(OH )2溶液混合时发生中和反应,在本题中 Ba(OH )2过量,所得溶液呈碱性,其数值可由 Ba(OH )2物质的量减去盐酸所耗用的 Ba(OH )2的物质的量,得到剩余的 Ba(OH )2物质的量,除以混合后溶液的体积,可以算出 Ba(OH )2的浓度及 C(OH)的浓度,进而算出溶液的pH。解答:混合后溶液的C(OH)为:混合后溶液的C(H)为 ,pH为11。点拨:本题若以 C(H)、C(OH)并直接以“mL”计算,要简便得多,应当提倡。求混合后C(OH)的算式为:【考点突破】【考点指要】近几年中水的电离和溶液的pH考试内容包括:1. 已知pH的强酸、强碱混合,或已知浓度的强酸、强碱混合,计算溶液的pH。2. 已知pH或浓度的强弱酸碱混合,分析溶液的酸碱性