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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
