第22講 水的電離與溶液的pH(講)學(xué)生版

學(xué)而優(yōu)·教有方第22講水的電離與溶液的pH【學(xué)科核心素養(yǎng)】1.變化觀念與平衡思想：認(rèn)識(shí)水的電離有一定限度，是可以調(diào)控的。能多角度、動(dòng)態(tài)地分析水的電離，并運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解決實(shí)際問(wèn)題。2.科學(xué)研究與創(chuàng)新意識(shí)：能發(fā)現(xiàn)并提出酸堿中和滴定中有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題；能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究；在探究過(guò)程中學(xué)會(huì)合作，面對(duì)“異常”現(xiàn)象敢于提出自己的見(jiàn)解，進(jìn)行誤差分析。3.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能從定性和定量上收集證據(jù)，能通過(guò)定性分析和定量計(jì)算推出合理的結(jié)論；能運(yùn)用pH計(jì)算模型進(jìn)行pH的簡(jiǎn)單計(jì)算?！竞诵乃仞B(yǎng)發(fā)展目標(biāo)】1.了解水的電離、離子積常數(shù)(Kw)。2.了解溶液pH的含義及其測(cè)定方法，能進(jìn)行pH的簡(jiǎn)單計(jì)算?！局R(shí)點(diǎn)解讀】知識(shí)點(diǎn)一水的電離與水的離子積常數(shù)1.水的電離水是極弱的電解質(zhì)，水的電離方程式為H2O＋H2OH3O＋＋OH－或H2OH＋＋OH－。2.水的離子積常數(shù)Kw＝c(H＋)·c(OH－)。(1)室溫下：Kw＝1×10－14。(2)影響因素：只與溫度有關(guān)，升高溫度，Kw增大。(3)適用范圍：Kw不僅適用于純水，也適用于稀的電解質(zhì)水溶液。(4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H＋和OH－，只要溫度不變，Kw不變。3.影響水電離平衡的因素體系變化條件平衡移動(dòng)方向Kw水的電離程度c(OH－)c(H＋)HCl逆不變減小減小增大NaOH逆不變減小增大減小可水解的鹽Na2CO3正不變?cè)龃笤龃鬁p小NH4Cl正不變?cè)龃鬁p小增大溫度升溫正增大增大增大增大降溫逆減小減小減小減小其他：如加入Na正不變?cè)龃笤龃鬁p小知識(shí)點(diǎn)二溶液的酸堿性和pH1.溶液的酸堿性溶液的酸堿性取決于溶液中c(H＋)和c(OH－)的相對(duì)大小。(1)酸性溶液：c(H＋)>c(OH－)，常溫下，pH<7。(2)中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)，常溫下，pH＝7。(3)堿性溶液：c(H＋)<c(OH－)，常溫下，pH>7。2.pH及其測(cè)量(1)計(jì)算公式：pH＝－lgc(H＋)。(2)測(cè)量方法①pH試紙法用鑷子夾取一小塊試紙放在潔凈的玻璃片或表面皿上，用玻璃棒蘸取待測(cè)液點(diǎn)在試紙的中央，變色后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照，即可確定溶液的pH。②pH計(jì)測(cè)量法(3)溶液的酸堿性與pH的關(guān)系常溫下：3.溶液pH的計(jì)算(1)單一溶液的pH計(jì)算強(qiáng)酸溶液：如HnA，設(shè)濃度為cmol·L－1，c(H＋)＝ncmol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝－lg(nc)。強(qiáng)堿溶液(25℃)：如B(OH)n，設(shè)濃度為cmol·L－1，c(H＋)＝eq\f(10－14,nc)mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝14＋lg(nc)。(2)混合溶液pH的計(jì)算類(lèi)型①兩種強(qiáng)酸混合：直接求出c(H＋)混，再據(jù)此求pH。c(H＋)混＝eq\f(c（H＋）1V1＋c（H＋）2V2,V1＋V2)。②兩種強(qiáng)堿混合：先求出c(OH－)混，再據(jù)Kw求出c(H＋)混，最后求pH。c(OH－)混＝eq\f(c（OH－）1V1＋c（OH－）2V2,V1＋V2)。③強(qiáng)酸、強(qiáng)堿混合：先判斷哪種物質(zhì)過(guò)量，再由下式求出溶液中H＋或OH－的濃度，最后求pH。c(H＋)混或c(OH－)混＝eq\f(|c（H＋）酸V酸－c（OH－）堿V堿|,V酸＋V堿)。【方法規(guī)律】1.稀釋規(guī)律酸、堿溶液稀釋相同倍數(shù)時(shí)，強(qiáng)電解質(zhì)溶液比弱電解質(zhì)溶液的pH變化幅度大，但不管稀釋多少倍，最終都無(wú)限接近中性。2.酸堿混合規(guī)律(1)等濃度等體積一元酸與一元堿混合的溶液——“誰(shuí)強(qiáng)顯誰(shuí)性，同強(qiáng)顯中性”。(2)25℃時(shí)，等體積pH之和等于14的一強(qiáng)一弱酸堿混合溶液——“誰(shuí)弱誰(shuí)過(guò)量，誰(shuí)弱顯誰(shuí)性”。(3)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等體積混合(25℃時(shí))①pH之和等于14呈中性；②pH之和小于14呈酸性；③pH之和大于14呈堿性。知識(shí)點(diǎn)三酸堿中和滴定1.實(shí)驗(yàn)原理利用酸堿中和反應(yīng)，用已知濃度酸(或堿)來(lái)測(cè)定未知濃度的堿(或酸)的實(shí)驗(yàn)方法。以標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定待測(cè)的NaOH溶液，待測(cè)的NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為c(NaOH)＝eq\f(c（HCl）·V（HCl）,V（NaOH）)。酸堿中和滴定的關(guān)鍵：(1)準(zhǔn)確測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)液和待測(cè)液的體積；(2)準(zhǔn)確判斷滴定終點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)用品(1)儀器圖(A)是酸式滴定管、圖(B)是堿式滴定管、滴定管夾、鐵架臺(tái)、錐形瓶。(2)試劑：標(biāo)準(zhǔn)液、待測(cè)液、指示劑、蒸餾水。(3)滴定管①構(gòu)造：“0”刻度線(xiàn)在上方，尖嘴部分無(wú)刻度。②精確度：讀數(shù)可精確到0.01mL。③洗滌：先用蒸餾水洗滌，再用待裝液潤(rùn)洗。④排泡：酸、堿式滴定管中的液體在滴定前均要排出尖嘴中的氣泡。⑤使用注意事項(xiàng)：試劑性質(zhì)滴定管原因酸性、氧化性酸式滴定管氧化性物質(zhì)易腐蝕橡膠管堿性堿式滴定管堿性物質(zhì)易腐蝕玻璃，致使玻璃活塞無(wú)法打開(kāi)3.實(shí)驗(yàn)操作以標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定待測(cè)NaOH溶液為例(1)滴定前的準(zhǔn)備①滴定管：查漏→洗滌→潤(rùn)洗→裝液→調(diào)液面→記錄。②錐形瓶：注堿液→記體積→加指示劑。(2)滴定(3)終點(diǎn)判斷等到滴入最后一滴標(biāo)準(zhǔn)液，指示劑變色，且在半分鐘內(nèi)不恢復(fù)原來(lái)的顏色，視為滴定終點(diǎn)并記錄標(biāo)準(zhǔn)液的體積。(4)數(shù)據(jù)處理按上述操作重復(fù)二至三次，求出用去標(biāo)準(zhǔn)鹽酸體積的平均值，根據(jù)c(NaOH)＝eq\f(c（HCl）·V（HCl）,V（NaOH）)計(jì)算。4.常用酸堿指示劑及變色范圍指示劑變色范圍的pH石蕊＜5.0紅色5.0～8.0紫色>8.0藍(lán)色甲基橙＜3.1紅色3.1～4.4橙色>4.4黃色酚酞＜8.2無(wú)色8.2～10.0淺紅色>10.0紅色【典例剖析】高頻考點(diǎn)一影響水電離平衡的因素及結(jié)果判斷【例1】[2019·天津卷]某溫度下，和的電離常數(shù)分別為和。將和體積均相同的兩種酸溶液分別稀釋?zhuān)潆S加水體積的變化如圖所示。下列敘述正確的是A．曲線(xiàn)Ⅰ代表溶液B．溶液中水的電離程度：b點(diǎn)＞c點(diǎn)C．從c點(diǎn)到d點(diǎn)，溶液中保持不變（其中、分別代表相應(yīng)的酸和酸根離子）D．相同體積a點(diǎn)的兩溶液分別與恰好中和后，溶液中相同【方法技巧】正確理解水的電離平衡曲線(xiàn)(1)曲線(xiàn)上任意點(diǎn)的Kw都相同，即c(H＋)·c(OH－)相同，溫度相同。(2)曲線(xiàn)外的任意點(diǎn)與曲線(xiàn)上任意點(diǎn)的Kw不同，溫度不同。(3)實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)上點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)化需保持溫度不變，改變酸堿性；實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)上點(diǎn)與曲線(xiàn)外點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)化一定得改變溫度?！咀兪教骄俊?2022·河北衡水二中調(diào)研)下圖三條曲線(xiàn)表示不同溫度下水的離子積常數(shù)，下列說(shuō)法不正確的是()A．圖中溫度：T3>T2>T1B．圖中pH關(guān)系：pH(B)＝pH(D)＝pH(E)C．圖中五點(diǎn)Kw間的關(guān)系：E>D>A＝B＝CD．C點(diǎn)可能是顯酸性的鹽溶液高頻考點(diǎn)二水電離出的c(H＋)或c(OH－)的定量計(jì)算【例2】(2022·湖南湘潭一中模擬)在25℃時(shí)，某稀溶液中由水電離產(chǎn)生的H＋濃度為1×10－13mol·L－1，下列有關(guān)該溶液的敘述，正確的是 ()A．該溶液可能呈酸性B．該溶液一定呈堿性C．該溶液的pH一定是1D．該溶液的pH不可能為13【方法技巧】水電離的c(H＋)或c(OH－)的計(jì)算技巧(25℃時(shí))(1)中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1。(2)酸或堿抑制水的電離，水電離出的c(H＋)＝c(OH－)＜10－7mol·L－1，當(dāng)溶液中的c(H＋)＜10－7mol·L－1時(shí)就是水電離出的c(H＋)；當(dāng)溶液中的c(H＋)＞10－7mol·L－1時(shí)，就用10－14除以這個(gè)濃度即得到水電離的c(H＋)。(3)可水解的鹽促進(jìn)水的電離，水電離的c(H＋)或c(OH－)均大于10－7mol·L－1。若給出的c(H＋)＞10－7mol·L－1，即為水電離的c(H＋)；若給出的c(H＋)＜10－7mol·L－1，就用10－14除以這個(gè)濃度即得水電離的c(H＋)?！咀兪教骄俊?2022·福建廈門(mén)一中質(zhì)檢)下表是不同溫度下水的離子積數(shù)據(jù)：溫度/℃25t1t2水的離子積常數(shù)1×10－14Kw1×10－12試回答下列問(wèn)題：(1)若25＜t1＜t2，則Kw(填“＞”“＜”或“＝”)1×10－14，做出此判斷的理由是。(2)在t1℃時(shí)，測(cè)得純水中的c(H＋)＝2.4×10－7mol·L－1，則c(OH－)為。該溫度下，測(cè)得某H2SO4溶液中c(SOeq\o\al(2－,4))＝5×10－6mol·L－1，該溶液中c(OH－)＝mol·L－1。高頻考點(diǎn)三pH的應(yīng)用【例3】(2022·河北重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)25℃時(shí)，向體積均為100mL、濃度均為0.1mol/L的兩種一元堿MOH和ROH的溶液中分別通入HCl氣體，lgeq\f(c（OH－）,c（H＋）)隨通入HCl的物質(zhì)的量的變化如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是(不考慮溶液體積的變化) ()A．a(chǎn)點(diǎn)由水電離產(chǎn)生的c(H＋)和c(OH－)的乘積為1×10－26B．b點(diǎn)溶液中：c(Cl－)>c(R＋)>c(H＋)>c(OH－)C．c點(diǎn)溶液的pH＝7，且所含溶質(zhì)為ROH和RClD．堿性：MOH>ROH，且MOH是強(qiáng)堿，ROH是弱堿【變式探究】(2022·遼寧大連一中模擬)常溫下，pH＝10的X、Y兩種堿溶液各1mL，分別加水稀釋到100mL，其pH與溶液體積(V)的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．稀釋前，兩種堿溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度一定相等B．稀釋后，X溶液的堿性比Y溶液的堿性強(qiáng)C．完全中和X、Y溶液時(shí)，消耗同濃度鹽酸的體積：VX>VYD．若8<a<10，則X、Y都是弱堿高頻考點(diǎn)四酸堿中和滴定【例4】（2020·新課標(biāo)Ⅰ）以酚酞為指示劑，用0.1000mol·L?1的NaOH溶液滴定20.00mL未知濃度的二元酸H2A溶液。溶液中，pH、分布系數(shù)隨滴加NaOH溶液體積VNaOH的變化關(guān)系如圖所示。[比如A2?的分布系數(shù)：]下列敘述正確的是A.曲線(xiàn)①代表，曲線(xiàn)②代表B.H2A溶液的濃度為0.2000mol·L?1C.HA?的電離常數(shù)Ka=1.0×10?2D.滴定終點(diǎn)時(shí)，溶液中【舉一反三】[2019·浙江卷]室溫下，取20mL0.1mol·L?1某二元酸H2A，滴加0.1mol·L?1NaOH溶液。已知：H2AH+＋HA?，HA??H+＋A2?。下列說(shuō)法不正確的是（）A．0.1mol·L?1H2A溶液中有c(H+)－c(OH?)－c(A2?)＝0.1mol·L?1B．當(dāng)?shù)渭又林行詴r(shí)，溶液中c(Na+)＝c(HA?)＋2c(A2?)，用去NaOH溶液的體積小于10mLC．當(dāng)用去NaOH溶液體積10mL時(shí)，溶液的pH＜7，此時(shí)溶液中有c(A2?)＝c(H+)－c(OH?)D．當(dāng)用去NaOH溶液體積20mL時(shí)，此時(shí)溶液中有c(Na+)＝2c(HA?)＋2c(A2?)【方法技巧】中和滴定的誤差分析方法(1)依據(jù)公式c(待測(cè))＝eq\f(c標(biāo)準(zhǔn)·V標(biāo)準(zhǔn),V待測(cè))來(lái)判斷。c(標(biāo)準(zhǔn))和V(待測(cè))在誤差分析時(shí)是定值，因此只需分析使得所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積V(標(biāo)準(zhǔn))變大或變小的原因即可，V(標(biāo)準(zhǔn))變大，則c(待測(cè))偏高，V(標(biāo)準(zhǔn))變小，則c(待測(cè))偏低。(2)滴定管讀數(shù)要領(lǐng)以凹液面的最低點(diǎn)為基準(zhǔn)(如圖)正確讀數(shù)(虛線(xiàn)部分)和錯(cuò)誤讀數(shù)(實(shí)線(xiàn)部分)【變式探究】（2022·江蘇南京實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬）實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有3種酸堿指示劑，其pH變色范圍如下：甲基橙：3.1～4.4石蕊：5.0～8.0酚酞：8.2～10.0用0.1000mol·L－1NaOH溶液滴定未知濃度的CH3COOH溶液，恰好完全反應(yīng)時(shí)，下列敘述中正確的是()A．溶液呈中性，可選用甲基橙或酚酞作指示劑B．溶液呈中性，只能選用石蕊作指示劑C．溶液呈堿性，可選用甲基橙或酚酞作指示劑D．溶液呈堿性，只能選用酚酞作指示劑高頻考點(diǎn)五滴定曲線(xiàn)分析【例5】（2021·湖南選考）常溫下，用0.1000mol·L-1的鹽酸分別滴定20.00mL濃度均為0.1000mol·L-1三種一元弱酸的鈉鹽(NaX、NaY、NaZ)溶液，滴定曲線(xiàn)如圖所示。下列判斷錯(cuò)誤的是（）A.該NaX溶液中：B.三種一元弱酸的電離常數(shù)：C.當(dāng)時(shí)，三種溶液中：D.分別滴加20.00mL鹽酸后，再將三種溶液混合：【變式探究】(2022·廣東深圳中學(xué)模擬)常溫下，用0.10mol·L－1NaOH溶液分別滴定20.00mL0.10mol·L－1HCl溶液和20.00mL0.10mol·L－1CH3COOH溶液，得到兩條滴定曲線(xiàn)，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．圖2是滴定鹽酸的曲線(xiàn)B．a(chǎn)與b的關(guān)系是a＜bC．E點(diǎn)對(duì)應(yīng)離子濃度由大到小的順序可能為c(CH3COO－)＞c(Na＋)＞c(H＋)＞c(OH－)D．這兩次滴定都可以用甲基橙作為指示劑【方法技巧】滴定曲線(xiàn)1．強(qiáng)酸與強(qiáng)堿滴定過(guò)程中的pH曲線(xiàn)(以0.1000mol·L－1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol·L－1鹽酸為例)2．強(qiáng)酸(堿)滴定弱堿(酸)的pH曲線(xiàn)比較氫氧化鈉滴定等濃度、等體積的鹽酸、醋酸的滴定曲線(xiàn)鹽酸滴定等濃度、等體積的氫氧化鈉、氨水的滴定曲線(xiàn)曲線(xiàn)起點(diǎn)不同：強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸、弱酸的曲線(xiàn)，強(qiáng)酸起點(diǎn)低；強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿、弱堿的曲線(xiàn)，強(qiáng)堿起點(diǎn)高突躍點(diǎn)變化范圍不同：強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸(強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿)的突躍點(diǎn)變化范圍大于強(qiáng)堿滴定弱酸(強(qiáng)酸滴定弱堿)的突躍點(diǎn)變化范圍【變式探究】(2022·山東泰安一中模擬)的鹽酸