高三化学总复习-专题攻略-之水溶液中的离子平衡-二-水的电离和溶液的酸碱性含解析.doc

水的电离和溶液的酸碱性
【高考预测】
1. （★★★）水的电离和水的离子积，溶液酸碱性与c(H＋)、c(OH－)、 KW的关系。
2. （★）酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。
3. （★★）一元强酸与一元弱酸的比较

锁定高考

1．（2015广东）一定温度下，水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图2，下列说法正确的是（ ）

A．升高温度，可能引起有c向b的变化
B．该温度下，水的离子积常数为1.0×10-13
C．该温度下，加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D．该温度下，稀释溶液可能引起由c向d的变化
【答案】C

2．（2014山东）已知某温度下CH3COOH和NH3•H2O 的电离常数相等，现向10mL浓度为0.1mol•L‾1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水，在滴加过程中
A．水的电离程度始终增大
B．c（NH4+）/c（NH3•H2O）先增大再减小
C．c（CH3COOH）与c（CH3COO‾）之和始终保持不变
D．当加入氨水的体积为10mL时，c(NH4+)=c(CH3COO‾)
【答案】D

夯实基础

1．水的电离
(1) 水的电离方程式．
水是一种极弱的电解质，它能像酸一样电离出极少量的H＋，又能像碱一样电离出少量的OH－(这叫做水的自偶电离)。水的电离方程式可表示为：H2O + H2O H3O＋ + OH－，简写为：H2OH＋ + OH－
(2) 水的离子积KW．
一定温度下，水的电离常数为：
即c(H＋)·c(OH－)＝K·c(H2O)
设水的密度为1 g·cm3，则1 L H2O＝1 000 mL H2O＝1 000 gH20＝55.6 mol，即H2O的起始浓度为55.6 mol·L－1．由于水是极弱的电解质，它电离时消耗的水与电离前相比，可忽略不计．例如，25℃时，1 LH2O中已电离的H2O为10－7mol，所以c(H2O)≈55.6 mol·L－1，即K·c(H2O)为一常数，这个新的常数叫做水的离子积常数，简称水的离子积，表示为： c(H＋)·c(OH－)＝KW
【名师点拨】
① 一定温度下，由于KW为一常数，故通常不写单位，如25℃时KW＝1×10－14。
② KW只与温度有关，与溶液的酸碱性无关．温度不变，KW不变；温度变化，KW也发生变化。
③ 由于水的电离过程是吸热过程，因此温度升高时，纯水中的c(H＋)、c(OH－)同时增大，KW也随着增大．例如 25℃时，c(H’)＝(OH－)＝1×10－7 mol·L－1 ，KW＝1×10－14
100℃时，c(H’)＝(OH－)＝1×10－6 mol·L－1 ，KW＝1×10－12
但由于c(H＋)与c(OH－)始终保持相等，故仍显中性．
④ 在任何以水为溶剂的溶液中都存在H＋和OH－，它们既相互依存，又相互制约．当溶液中的c(H＋)增大时，c(OH－)将减小；反之，当溶液中的c(OH－)增大时，c(H＋)则必然减小．但无论在中性、酸性还是碱性溶液中，在一定温度下，c(H＋)与c(OH－)的乘积(即KW)仍是不变的，也就是说，KW不仅适用于纯水，也适用于任何酸、碱、盐的稀溶液．只要温度相同，不论是在纯水中，还是在酸、碱、盐的水溶液中，KW都是相同的．
⑤ 一定温度下，不论是纯水中，还是在酸、碱、盐的水溶液中，由H2O电离产生的c(H＋)与c(OH－)总是相等的．如25℃时，0.1 mol·L－1的盐酸中，c水(H＋)＝c(OH－)＝＝1×10－13 mol·L－1．
⑥ 水的电离平衡遵循勒夏特列原理．例如，向纯水中加入酸或碱，均使水的电离平衡逆向移动(即酸或碱抑制水的电离)；向水中投入活泼金属如钠等，由于金属与水电离产生的H＋直接作用而促进水的电离．
2．影响Kw的因素
Kw与溶液中H+]、OH—]无关，与湿度有关。
水的电离为吸热过程，所以当湿度升高时，水的电离程度增大，Kw也增大。
例如100℃，1LH2O有10—6mol电离，此时水的离子积常数为Kw=10—6·10—6=10—12.
3．影响水的电离平衡因素
（1）湿度，升湿度促进水的电离，降温则相反
（2）向纯水中引入H+或OH—，会抑制水的电离
（3）向纯水中引入弱酸酸根阴离子或弱碱阳离子，将促进水的电离，此乃为盐类水解的实质。
4. 溶液的酸碱性的实质：
任何水溶液中都存在水的电离，因此都含有H＋和OH－．一种溶液是显酸性、中性还是碱性，是由该溶液中的c(H＋)与c(OH－)的相对大小来决定的。
酸性溶液：c(H＋)＞c(OH－)
中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)
碱性溶液：c(H＋)＜c(OH－)
例如：25℃时，因为KW＝1×10－14，所以：
中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1
酸性溶液：c(H＋)＞1×10－7 mol·L－1，c(OH－)＜1×10－7 mol·L－1
碱性溶液：c(H＋)＜1×10－7 mol·L－1，c(OH－) ＞1×10－7 mol·L－1
100℃时，因为KW＝1×10－12，所以：
中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1
酸性溶液：c(H＋)＞1×10－6 mol·L－1，c(OH－)＜1×10－6 mol·L－1
碱性溶液：c(H＋)＜1×10－6 mol·L－1，c(OH－) ＞1×10－6 mol·L－1

重难突破

一. 溶液酸碱性与c(H＋)、c(OH－)、 KW的关系：
25℃时

溶液
c(H＋)
（mol·L－1）
c(OH－)
（mol·L－1）
c(H＋)与c(OH－)的关系
KW
酸性溶液
＞1×10－7
＜1×10－7
c(H＋)＞c(OH－)

＝1×10－14
中性溶液
＝1×10－7
＝1×10－7
c(H＋)＝c(OH－)
碱性溶液
＜1×10－7
＞1×10－7
c(H＋)＜c(OH－)

二. 酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。（列表比较如下：）

c(H＋)水与c(OH－)水关系
x的计算式
室温x值
对水电离影响

纯 水

c(H＋)水=c(OH－)水
x=

x=1×10—7mol/L

酸溶液
x=KW/ c(H＋)

x＜1×10—7mol/L

抑制
碱溶液
x=KW/ c(OH－)
注c(H＋)水、c(OH－)水指水电离出的H+、OH—浓度
由上表可得重要规律：
（1）在任意湿度、任意物质的水溶液中（含纯水）的水本身电离出的c(H＋)水≡c(OH－)水
（2）酸和碱对水的电离均起抑制作用
① 只要碱的pH值相等（不论强弱、不论几元）对水的抑制程度相等，碱也同理。
② 若酸溶液的pH值与碱溶液的pOH值相等，则两种溶液中水的电离度相等。
如pH=3的盐酸溶液与pH=11的氨水溶液在室温下，由水电离出的
c(H＋)水=c(OH－)水==10—11mol/L
三. 一元强酸与一元弱酸的比较：
1. 浓度相同、体积相同的一元强酸与一元弱酸的比较

c(H＋)
pH
与金属
V开始
与金属反应
V过程
产生H2
的量
中和碱的量
加水稀释后PH同
加相同水稀释后PH
HCl
大
小
快
快
相
同
相
同
多
小
HAc
小
大
慢
慢
少
大

2. pH相同的一元强酸与一元弱酸的比较：

c(H＋)
C
与金属V开始
与金属V过程
产生H2
的量
中和碱的量
加水稀释后PH同
加相同水稀释后PH
HCl
同
小
相
同
慢
少
少
少
大
HAc
大
快
多
多
多
小

典例1 今有① 盐酸、② 醋酸、③ 硫酸三种稀溶液，用序号回答下列问题。
(1) 若三种酸的物质的量浓度相等：
a．三种溶液中的c(H＋)大小关系为________。
b．取等体积上述三种溶液，分别用同浓度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液体积大小关__。
c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，消耗三种酸的体积大小关系为_。
(2) 若三种溶液的c(H＋)相等：
a．三种酸的物质的量浓度大小关系为_______。
b．取等体积上述三种溶液，分别用同浓度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液体积大小关系_。
c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，消耗三种酸的体积大小关系为 。
【答案】：(1) a. ③>①>②　b．③>①＝②　c．①＝②>③
(2) a. ②>①>③　b．②>①＝③　c．①＝③>②
【解析】（1）三种酸的物质的量相等，a．盐酸是一元强酸、硫酸是二元强酸、醋酸是一元弱酸，相同浓度的这三种酸c（H+）大小关系为：③＞①＞②；b．消耗相同浓度NaOH溶液体积与酸的物质的量和元数成正比，相同浓度相同体积的三种酸，其物质的量相等，所以消耗相同浓度NaOH体积大小关系为③＞①=②；c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，酸的浓度越大，体积越小，所以消耗三种酸的体积大小关系为①=②＞③；

【名师点拨】
⑴ 电解质的强弱是由物质的内部结构决定，与外界因素无关，关键是看在水溶液中是否完全电离。
① 与溶解性无关。例如：BaSO4等虽难溶于水，但溶于水的部分却能完全电离，是强电解质。醋酸能与水互溶但不能完全电离，是弱电解质。
② 与溶液的导电性无必然联系，溶液的导电性与溶液中的离子浓度、离子所带电荷有关，强电解质溶液的导电能力不一定强。
⑵ 酸(或碱)无论强弱，中和碱(或酸)的能力是相同的，在计算时应按酸(或碱)的物质的量浓度计算或判断，而不能依据其电离的c(H＋)进行计算或判断。

跟踪训练

1．今有室温下四种溶液，有关叙述不正确的是(　　)
序号
①
②
③
④
pH
11
11
3
3
溶液
氨水
氢氧化钠溶液
醋酸
盐酸
A.③④中分别加入适量的醋酸钠晶体后，两溶液的pH均增大
B．②③两溶液等体积混合，所得溶液中：c(H＋)>c(OH－)
C．分别加水稀释10倍，四种溶液的pH：①>②>④>③
D．V1 L④与V2 L①溶液混合后，若混合后溶液pH＝7，则V1<V2
2. 某温度下，相同pH值的盐酸和醋酸溶液分别稀释，平衡pH值随溶液体积变化的曲线如右图所示，
据图判断正确的是（ ）

A．Ⅱ为盐酸稀释时pH值变化曲线 B．b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强
C．a点Kw的数值比c点Kw的数值大 D．b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度
3．已知：25 ℃时某些弱酸的电离平衡常数(如表)。下面图像表示常温下，稀释CH3COOH、HClO两种酸的稀溶液时，溶液pH随加水量的变化。下列说法正确的是(　　)
CH3COOH
HClO
H2CO3
Ka＝1.8×10－5
Ka＝3.0×10－8
Ka1＝4.3×10－7 Ka2＝5.6×10－11

A．相同浓度CH3COONa和NaClO的混合液中，各离子浓度的大小关系是：
c(Na＋)>c(ClO－)>c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H＋)
B．向NaClO溶液中通入少量二氧化碳的离子方程式为2ClO－＋CO2＋H2O===2HClO＋CO
C．图像中a、c两点处的溶液中相等(HR代表CH3COOH或HClO)
D．图像中a点酸的总浓度大于b点酸的总浓度
4．（2014课标Ⅱ）一定温度下，下列溶液的离子浓度关系式正确的是
A．pH=5的H2S溶液中，c(H+)= c(HS－)=1×10—5 mol·L—1
B．pH=a的氨水溶液，稀释10倍后，其pH=b，则a=b+1
C．pH=2的H2C2O4溶液与pH=12的NaOH溶液任意比例混合：
c(Na＋)+ c(H＋)= c(OH－)+c( HC2O4－)
D．pH相同的① CH3COONa ② NaHCO3 ③ NaClO三种溶液的c(Na＋)：①＞②＞③
5．在一定温度下，有a.盐酸　b．硫酸c．醋酸三种酸：
(1) 当三种酸物质的量浓度相同时，c(H＋)由大到小的顺序是(用序号表示，下同)________。
(2) 同体积、同物质的量浓度的三种酸，中和NaOH的能力由大到小的顺序是________。
(3) 若三者c(H＋)相同时，物质的量浓度由大到小的顺序是________。
(4) 当三者c(H＋)相同且体积也相同时，分别放入足量的锌，相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是________。
(5) 当三者c(H＋)相同且体积也相同时，同时加入形状、密度、质量完全相同的锌，若产生相同体积的H2(相同状况)，则开始时反应速率的大小关系为________，反应所需时间的长短关系是________。
(6) 将c(H＋)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后，c(H＋)由大到小的顺序是________。
1. 【答案】D
【解析】醋酸钠溶液显碱性，A正确，也可以从平衡移动角度分析，CH3COONa电离出的
CH3COO－：a.与盐酸中的H＋结合生成CH3COOH；b.使醋酸中平衡CH3COOHCH3COO－＋H＋左移，两溶液中H＋浓度均减小，所以pH均增大；假设③、②均是强酸强碱，且物质的量浓度相同，等体积混合后溶液呈中性，但③醋酸是弱酸，其浓度远远大于②，即混合后醋酸过量，溶液显酸性c(H＋)>c(OH－)，B正确；分别加水稀释10倍，假设平衡不移动，那么①②溶液的pH均为10，但稀释氨水使平衡NH3·H2ONH＋OH右移，使①pH>10，同理醋酸稀释后pH<4，C正确；假设④、①均是强酸、强碱，混合后溶液呈中性，V1＝V2，但①氨水是碱，其浓度远远大于④，所以需要的①氨水少，即V1>V2，D错误。
2. 【答案】B

3. 【答案】C
【解析】根据表中电离常数可知：酸性由强至弱的顺序为CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO，结合质子的能力由大到小的顺序为CO>ClO－>HCO>CH3COO－。A项，ClO－的水解程度大于CH3COO－的水解程度，同浓度CH3COONa和NaClO的混合液中，各离子浓度的大小关系应是c(Na＋)>c(CH3COO－)>c(ClO－)>c(OH－)>c(H＋)，错误；B项，CO结合质子的能力大于ClO－结合质子的能力，离子方程式应为ClO－＋CO2＋H2O===HClO＋HCO，错误；变形为
，该式即为，温度相同，则该式的值相等，正确；D项，CH3COOH的酸性强于HClO，pH相同时，HClO的浓度大于CH3COOH的浓度，错误。
4.【答案】D

5. 【答案】(1) b>a>c　(2) b>a＝c　(3) c>a>b(或c>a＝2b)　(4) c>a＝b　(5)a＝b＝c　a＝b>c(6) c>a＝b
【解析】解答本题要注意以下三点：
(1) HCl、H2SO4都是强酸，但H2SO4是二元酸。
(2) CH3COOH是弱酸，在水溶液中不能完全电离。
(3) 醋酸溶液中存在CH3COOHCH3COO－＋H＋的电离平衡。
(1) 当三种酸C相同时，b硫酸的C（H+）是a盐酸C（H+）两倍，c.醋酸是弱酸，电离出C（H+）最少。所以b>a>c （2）V，C同，则n同，n（H）是b=2a=2c 即b>a=c （3）C（H+）同，与（1）正好相反应，所以 c>a>b （4）C（H+）同V同, 则弱酸C的浓度最大,与Zn反应放出H2最多;而a,b都是强酸,全部电离出C(H+)相同,所以与Zn反应放出H2同,故c>a=b (5) 因为C(H+)同,所以开始反应速率 a=b=c; 因为c醋酸是弱酸,反应中还能电离出C(H+),所以所用时间最短,强酸全部电离出C(H+),并相同,所以a=b>c (6)C(H+)同,加水稀释至原来的100倍后, 强酸变化大,弱酸变化小,所以 c>a=b.