高中化学 第三章 第二节 第1课时 水的电离和溶液的酸碱性课时作业 新人教版选修4
第二节 水的电离和溶液的酸碱性 第1课时 水的电离和溶液的酸碱性
[目标要求] 1.理解水的离子积常数，理解酸、碱对水的电离平衡的影响。2.了解pH的概念，理解溶液的c(H＋)、pH与溶液酸碱性的关系。
一、水的电离
1．水的电离
实验证明，水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离，在一定条件下可以达到电离平衡，其电离方程式为H2O＋H2O
H3O＋＋OH－，简写成H2O
H＋＋OH－。其浓度平衡常数表达式为K＝。
25℃时，纯水中c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1。
2．水的离子积
(1)定义：水中c(H＋)·c(OH－)乘积为一常数，记作：KW＝c(H＋)·c(OH－)。
(2)影响因素：温度，温度升高，KW增大。
(3)25℃时，KW＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。
注意：①KW不仅适用于纯水，也适用于酸性或碱性的稀溶液；
②KW只受温度的影响，与溶液的酸碱性无关；
③酸溶液中可以忽略由水电离出来的c(H＋)，碱溶液中可以忽略由水电离出来的c(OH－)。
二、溶液的酸碱性与pH
1．pH＝－lgc(H＋)，反过来c(H＋)＝10－pH。
2．溶液中c(H＋)与c(OH－)的大小关系及溶液的pH：
注意：①溶液的酸性越强，pH越小；溶液的碱性越强，pH越大。
②pH一般适用于表示c(H＋)或c(OH－)小于等于1 mol·L－1的溶液。
知识点一 水的电离
1．在某温度时，测得纯水中的c(H＋)＝2.0×10－7 mol·L－1，则c(OH－)为( )
A．2.0×10－7 mol·L－1 B．0.1×10－7 mol·L－1
C．1.0×10－14/2.0×10－7 mol·L－1 D．无法确定
答案 A
解析 根据水的电离方程式H2O
H＋＋OH－可知，无论在何种条件下的纯水中，水电离出的c(H＋)＝c(OH－)。而该温度下的纯水中c(H＋)＝2.0×10－7 mol·L－1>1.0×10－7 mol·L－1，则所处温度高于25℃，但水电离的c(H＋)＝c(OH－)＝2.0×10－7 mol·L－1，故答案为A。
2．室温下，把1 mL 0.1 mol·L－1的H2SO4加水稀释成2 L溶液，在此溶液中由水电离产生的H＋，其浓度接近于( )
A．1×10－4 mol·L－1 B．1×10－8 mol·L－1
C．1×10－11 mol·L－1 D．1×10－10 mol·L－1
答案 D
解析 温度不变时，水溶液中氢离子的浓度和氢氧根离子的浓度乘积是一个常数。在酸溶液中氢氧根离子完全由水电离产生，而氢离子则由酸和水共同电离产生。当酸的浓度不是极小的情况下，由酸电离产生的氢离子总是远大于由水电离产生的(常常忽略水电离的部分)，而水电离产生的氢离子和氢氧根离子始终一样多。所以，酸溶液中的水电离的氢离子的求算通常采用求算氢氧根离子的方法。
稀释后c(H＋)＝(1×10－3 L×0.1 mol·L－1)/2 L
＝1×10－4 mol·L－1
c(OH－)＝1×10－14/1×10－4＝1×10－10 mol·L－1
3．能影响水的电离平衡，并使溶液中的c(H＋)>c(OH－)的措施是( )
A．向纯水中投入一小块金属钠 B．将水加热煮沸
C．向水中通入SO2 D．向水中加入NaCl
答案 C
解析 A项，水与Na反应，使溶液中的c(H＋)
c(OH－)；D项对水的电离平衡没影响。
知识点二 水的离子积常数
4．下列关于水的离子积常数的叙述中，正确的是( )
A．因为水的离子积常数的表达式是KW＝c(H＋)c(OH－)，所以KW随溶液中c(H＋)和c(OH－)的变化而变化
B．水的离子积常数KW与水的电离平衡常数K是同一物理量
C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，随温度的变化而变化
D．水的离子积常数KW与水的电离平衡常数K是两个没有任何关系的物理量
答案 C
解析 水的离子积常数KW＝K·c(H2O)，一定温度下K和c(H2O)都是不变的常数，所以KW仅仅是温度的函数，水的离子积常数的表达式是KW＝c(H＋)·c(OH－)，但是只要温度一定，KW就是不变的常数，溶液中c(H＋)变大，c(OH－)则变小，反之亦然。
5．25℃时，水的电离达到平衡：H2O
H＋＋OH－ ΔH>0，下列叙述正确的是( )
A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c(OH－)降低
B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H＋)增大，KW不变
C．向水中加入少量CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)降低
D．将水加热，KW增大，pH不变
答案 B
解析 本题考查外界条件对水的电离平衡的影响。解答时要先分析清楚水的电离平衡的移动方向，然后再讨论c(H＋)、c(OH－)或KW的变化。向水中加入稀氨水，c(OH－)增大，平衡逆向移动，c(H＋)减小，A项不正确；向水中加入少量固体NaHSO4：NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，c(H＋)增大，但KW不变，B项正确；向水中加入少量CH3COOH后，使水的电离平衡逆向移动，c(OH－)减小，c(H＋)增大，C项不正确；将水加热，水的电离平衡正向移动，c(H＋)、c(OH－)均增大，KW增大，pH减小，但仍呈中性，D项不正确。
知识点三 溶液的酸碱性
6．下列说法正确的是( )
A．pH<7的溶液一定是酸溶液
B．同温下，pH＝5的溶液和pH＝3的溶液相比，前者c(OH－)是后者的100倍
C．室温下，每1×107个水分子中只有一个水分子发生电离
D．在1 mol·L－1的氨水中，改变外界条件使c(NH)增大，则溶液的pH一定增大
答案 B
解析 A．溶液显酸碱性的本质为c(H＋)与c(OH－)的相对大小，当c(H＋)>c(OH－)时溶液才呈酸性。例如：在100℃时，KW＝1×10－12，此时pH＝6时为中性，小于7，由于c(H＋)＝c(OH－)仍呈中性，所以不能用pH＝7作为判断溶液酸碱性的标准，当然室温下可以；B.pH＝5，c(OH－)＝1×10－9 mol·L－1，pH＝3，c(OH－)＝1×10－11 mol·L－1，前者c(OH－)是后者的100倍，故B正确；C.室温时，每升水有1×10－7 mol水分子发生电离，即＝55.6
mol水分子中只有1×10－7 mol水分子电离，1×107个水分子中只有个水分子电离，故C
错；D.氨水中存在NH3·H2O
NH＋OH－平衡，当加NH4Cl晶体时，c(NH)增大，平衡向左移动，c(OH－)减小，pH减小，故D错。
7．对室温下pH相同、体积相同的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施，有关叙述正确的是( )
A．加适量的醋酸钠晶体后，两溶液的pH均增大
B．使温度都升高20℃后，两溶液的pH均不变
C．加水稀释2倍后，两溶液的pH均减小
D．加足量的锌充分反应后，两溶液中产生的氢气一样多
答案 A
解析 解答本题时要注意以下两点：(1)醋酸和盐酸pH相同时，醋酸浓度比盐酸大；
(2)稀释时两溶液pH均增大，加热pH均减小。
8．下列溶液一定显酸性的是( )
A．溶液中c(OH－)>c(H＋)
B．滴加紫色石蕊试液后变红色的溶液
C．溶液中c(H＋)＝10－6 mol·L－1
D．pH>7的溶液
答案 B
解析 判断溶液酸碱性的关键看c(H＋)和c(OH－)的相对大小，若c(H＋)>c(OH－)，溶液呈酸性；而pH<7或c(H＋)<10－7 mol·L－1，仅适用于常温时，若温度不确定，就不能用来判断溶液的酸碱性；而B项中可使紫色石蕊试液变红，则该溶液为酸性。
练基础落实
1．下列粒子能影响水的电离平衡，且能使水的电离平衡向右移动的是( )
A．CH3COOH B．[H]－ C．NH D.
答案 C
解析 A项，CH3COOH电离出H＋，使水的电离平衡左移；B项，OH－能使水的电离平衡左移；C项，NH会水解，使水的电离平衡右移；D项，Cl－不影响水的电离平衡。
2．关于水的离子积常数，下列说法不正确的是( )
A．100℃水中，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
B．纯水中，25℃时，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
C．25℃时，任何以水为溶剂的稀溶液中c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
D．KW值随温度升高而增大
答案 A
解析 KW只与温度有关，升高温度，KW增大，25℃时，纯水和任何物质的水溶液中KW＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。
3．常温下，某溶液中由水电离的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1，该溶液可能是( )
①二氧化硫水溶液 ②氯化铵水溶液 ③硝酸钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液
A．①④ B．①② C．②③ D．③④
答案 A
解析 由水电离的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1<1×10－7 mol·L－1，即该溶液中的溶质抑制了水的电离，因此要么加碱抑制，要么加酸抑制，故①④正确。
4．在相同温度下，0.01 mol·L－1 NaOH溶液和0.01 mol·L－1的盐酸相比，下列说法正确的是( )
A．由水电离出的c(H＋)相等
B．由水电离出的c(H＋)都是1.0×10－12 mol·L－1
C．由水电离出的c(OH－)都是0.01 mol·L－1
D．两者都促进了水的电离
答案 A
解析 若该温度下水的离子积常数为KW(这里没有说是25℃)，则在0.01 mol·L－1的NaOH溶液中，由水电离的c(H＋)＝＝ mol·L－1。
在0.01 mol·L－1的HCl溶液中，由水电离出的c(H＋)＝c(OH－)水电离＝ mol·L－1。
练方法技巧
5．已知液氨的性质与水相似，25℃时，NH3＋NH3
NH＋NH，NH的平衡浓度为1×10－15 mol·L－1，则下列说法中正确的是( )
A．在液氨中加入NaNH2可使液氨的离子积变大
B．在液氨中加入NH4Cl可使液氨的离子积减小
C．在此温度下液氨的离子积为1×10－17
D．在液氨中放入金属钠，可生成NaNH2
答案 D
解析 本题考查对水的离子积的理解与迁移能力。由水的离子积可知，其大小只与温度有关。由钠与水反应可推知，2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑，K＝c(NH)·c(NH)＝1×10－30。本题是一道信息题，关键是看懂信息。
6． t ℃时，水的离子积为KW，该温度下将a mol·L－1的一元酸HA与b mol·L－1的一元碱BOH等体积混合，要使混合液呈中性，必要的条件是( )
A．混合液中c(H＋)＝
B．混合液的pH＝7
C．a＝b
D．混合液中c(B＋)＝c(A－)＋c(OH－)
答案 A
解析 要保证溶液呈中性，只要保证c(H＋)＝c(OH－)即可，因为KW＝c(H＋)·c(OH－)＝c2(H＋)，则c(H＋)＝，A正确；据pH与7的关系判断溶液的酸碱性，其条件是25℃，B错误；a＝b时，HA与BOH恰好完全反应，但溶液不一定呈中性，C错误；D项一定不正确，因电荷守恒等式为c(H＋)＋c(B＋)＝c(A－)＋c(OH－)。
7． pH＝3的两种一元酸HX和HY溶液，分别取50 mL加入足量的镁粉，充分反应后，收集到H2的体积分别为V(HX)和V(HY)，若V(HX)>V(HY)，则下列说法正确的是( )
A．HX可能是强酸
B．HY一定是强酸
C．HX的酸性强于HY的酸性
D．反应开始时二者生成H2的速率相等
答案 D
解析 解答该题应注意以下三点：(1)强酸完全电离，弱酸部分电离。(2)酸性相同的溶液，弱酸的浓度大，等体积时，其物质的量多。(3)产生H2的速率取决于c(H＋)的大小。本题考查了强、弱酸的判断及溶液酸性大小的比较。据题意，Mg粉足量，酸不足，应根据酸的物质的量来计算H2的体积，由V(HX)>V(HY)，知pH相等时，HX的物质的量浓度比HY的大，即HX是比HY弱的弱酸，而无法判断HY是强酸还是弱酸，故A、B、C错误；D项，反应开始时的速率取决于c(H＋)，因为开始时c(H＋)相等，故D项正确。
练综合拓展
8．乙醇、液氨、水都可以发生自偶电离，如H2O＋H2O
H3O＋＋OH－，NH3＋NH3
NH＋NH，则下列叙述正确的是( )
A．乙醇的自偶电离方程式为2CH3CH2OH
CH3CH2OH＋CH3CH2O－
B．乙醇的电离方程式为CH3CH2OH===CH3CH2O－＋H＋
C．若液氨的离子积常数为1.0×10－28，则液氨浓度为1.0×10－14 mol·L－1
D．若可用与pH相当的定义来规定pOH、pNH2等，则乙醇中与pH相当的为lgc(CH3CH2OH)
答案 A
解析 类比水的自偶电离知A项正确；B项中电离方程式用“
”号；C项中液氨的离子积常数为1.0×10－28，则c(NH)与c(NH)的浓度为1.0×10－14 mol·L－1，而非液氨的浓度，错误；类比pH的定义知乙醇中与pH相当的为－lgc(CH3CH2OH)，D错误。
9．有一学生甲在实验室测某溶液的pH，实验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。学生乙对学生甲的操作的评价为：操作错误，测定结果一定有误差。学生丙对学生甲的操作的评价为：操作错误，但测定结果不一定有误差。
(1)你支持________(填“乙”或“丙”)同学的观点，原因是____________________。
(2)若用此法分别测定c(H＋)相等的盐酸和醋酸溶液的pH，误差较大的是________，原因是________________________________________________________________________。
(3)只从下列试剂中选择实验所需的物品，你________(填“能”或“不能”)区分0.1 mol·L－1的硫酸和0.01 mol·L－1的硫酸。若能，简述操作过程。
________________________________________________________________________
①紫色石蕊试液 ②酚酞试液 ③甲基橙试液 ④蒸馏水 ⑤BaCl2溶液 ⑥pH试纸
答案 (1)丙 当溶液呈中性时，则不产生误差；否则将产生误差
(2)盐酸 在稀释过程中，醋酸继续电离产生H＋，使得溶液中c(H＋)较盐酸溶液中c(H＋)大，误差较小
(3)能 用玻璃棒分别蘸取两种溶液点在两张pH试纸上，与标准比色卡比较其pH，pH较大的为0.01 mol·L－1的硫酸
解析 本题考查pH试纸的使用，pH试纸使用不能用蒸馏水润湿，若润湿相当于对待测液稀释。对于不同性质的溶液造成的影响不同：若溶液为中性，则测得结果无误差；若为酸性，测得结果偏大；若为碱性，测得结果偏小。
