2020版高中化学 专题5 溶液中的离子反应 第二单元 溶液的酸碱性学案 苏教版必修2

2020版高中化学 专题5 溶液中的离子反应 第二单元 溶液的酸碱性学案 苏教版必修2

第二单元　溶液的酸碱性 一、水的电离及溶液的酸碱性与c(H＋)、c(OH－)的关系 ‎1．水的电离 水是一种极弱的电解质，能微弱地发生电离，其电离方程式为H2O＋H2OH3O＋＋OH－；可简写为H2OH＋＋OH－，经实验测定无论纯水中，还是稀的电解质溶液中c(H＋)·c(OH－)在一定温度下都是一个常数，称为水的离子积常数，用Kw表示。由于水的电离是吸热反应，故温度越高电离程度越大，Kw也越大，温度越低电离程度越小，Kw也越小。其中常温下：‎ Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－14。‎ ‎2．溶液的酸碱性与c(H＋)、c(OH－)的关系 ‎(1)c(H＋)＞c(OH－)，溶液呈酸性，c(H＋)越大，酸性越强。常温下，c(H＋)＞1.0×10－7mol·L－1＞c(OH－)。‎ ‎(2)c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性。常温下，c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1。‎ ‎(3)c(H＋)＜c(OH－)，溶液呈碱性，c(OH－)越大，碱性越强。常温下，c(OH－)＞1.0×10－7mol·L－1＞c(H＋)。‎ 10‎ ‎(1)温度越高，水越易电离，c(H＋)·c(OH－)的值越大。‎ ‎(2)溶液的酸碱性只取决于c(H＋)和c(OH－)的相对大小。‎ 例1　下列溶液一定呈中性的是(　　)‎ A．pH＝7的溶液 B．c(H＋)＝c(OH－)的溶液 C．由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液 D．非电解质溶于水得到的溶液 答案　B 解析　根据c(OH－)与c(H＋)大小判断溶液酸碱性，不受任何限制；由c(H＋)与10－7mol·L－1、pH与7大小推断溶液的酸碱性，只适用在常温下。pH＝7的溶液未明确为常温，不一定为中性，A错误；等物质的量的强酸与强碱所含的n(H＋)和n(OH－)不一定相等，如硫酸与烧碱，无法判断混合后溶液的酸碱性，C错误；非电解质本身虽不能直接电离产生离子，但与水反应生成能电离的物质也能使溶液显酸性或碱性，如SO2溶于水生成H2SO3，溶液呈酸性，如NH3溶于水生成NH3·H2O，溶液呈碱性，D错误。‎ 例2　(2018·宁波诺丁汉大学附中期中)下列溶液肯定呈酸性的是(　　)‎ A．含H＋的溶液 B．加酚酞显无色的溶液 C．pH＜7的溶液 D．c(OH－)＜c(H＋)的溶液 答案　D 解析　酸、碱、盐溶液中同时存在氢离子和氢氧根离子，故A错误；酚酞遇酸性和中性溶液都不变色，遇碱性溶液变红，故B错误；溶液的酸碱性是由氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小决定的，故C错误；如果氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，该溶液一定呈酸性，故D正确。‎ 二、溶液的pH及其与溶液酸碱性的关系 ‎1．溶液的pH ‎(1)定义：pH是c(H＋)的负对数，其表达式是pH＝－lg_c(H＋)。‎ ‎(2)意义：pH的大小能反映出溶液中c(H＋)的大小，即能表示溶液酸碱性的强弱。‎ 在‎25 ℃‎时，pH>7，表示溶液呈碱性，pH越大，溶液的碱性越强；pH＝7，溶液呈中性；pH<7，表示溶液呈酸性，pH越小，溶液酸性越强。‎ ‎(3)适用范围：pH的取值范围为0～14，即只适用于c(H＋)≤1 mol·L－1或c(OH－)≤1 mol·L－1的电解质溶液，当c(H＋)或c(OH－)≥1 mol·L－1时，直接用c(H＋)或c(OH－)‎ 10‎ 表示溶液的酸碱性。‎ ‎2．测定溶液酸、碱性的方法 ‎(1)pH试纸法 常用的pH试纸有广范pH试纸和精密pH试纸。前者可以精确到1，后者可以精确到0.1，其测定方法：把小片试纸放在洁净的表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸上，试纸变色后，与标准比色卡对比，即可确定溶液的pH。‎ ‎(2)pH计测量法：pH计的精确度较高，可以精确到0.01，测量时可以从仪器上直接读出溶液的pH。‎ 注意　对于HClO、HNO3等具有强氧化性的酸，测定pH只能用pH计而不能用pH试纸，因为会因强氧化性而使试纸褪色。‎ 常温下(‎25 ℃‎)‎ 例3　下列有关溶液的酸碱性与pH的说法错误的是(　　)‎ A．溶液pH越小，酸性越强，反之，碱性越强 B．pH<7的溶液，可能呈酸性 C．当溶液中的c(H＋)或c(OH－)较小时，用pH表示其酸碱性更为方便 D．把pH试纸直接插入待测溶液中，测其pH 答案　D 解析　因pH＝－lg c(H＋)，所以pH越小，c(H＋)越大，酸性越强，pH越大，c(OH－)越大，碱性越强，A项正确；在室温下，pH<7的溶液呈酸性，B项正确；当c(H＋)或c(OH－)小于1 mol·L－1时，使用pH表示其酸碱性更为方便，故C项正确；用pH试纸测溶液pH时，不能把pH试纸直接插入待测溶液中，正确的做法为取一小片pH试纸，放在洁净的表面皿或玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液点于试纸中央，然后与标准比色卡对照读取数据，D项错误。‎ 三、pH的简单计算 ‎(1)强酸、强碱溶液的pH计算方法 先求出强酸、强碱溶液中的c(H＋)，强酸直接由酸的浓度求出，强碱先由碱的浓度求出c(OH－)，再根据水的离子积换算出c(H＋)，然后用公式pH＝－lg_c(H＋)求出pH。‎ ‎(2)酸、碱溶液混合后pH计算方法 ‎①强酸与强酸混合 10‎ c(H＋)混＝，然后再求pH。‎ ‎②强碱与强碱混合 先计算：c(OH－)混＝ 再求c(H＋)混＝，最后求pH。‎ ‎③强酸与强碱混合 a．恰好完全反应，溶液呈中性，pH＝7(常温下)。‎ b．酸过量：‎ 先求c(H＋)余＝，再求pH。‎ c．碱过量：‎ 先求c(OH－)余＝，‎ 再求c(H＋)＝，然后求pH。‎ ‎　pH的计算原则 例4　在常温下，将pH＝8的NaOH溶液与pH＝10的NaOH溶液等体积混合后，溶液的pH最接近于(　　)‎ A．8.3 B．8.7‎ C．9 D．9.7‎ 答案　D 解析　稀溶液混合体积近似等于两种溶液体积之和。强碱溶液混合，应按c(OH－)计算：‎ c(OH－)混＝(1×10－6 mol·L－1＋1×10－4 mol·L－1)/2＝5.05×10－5 mol·L－1，c(H＋)混＝Kw/c(OH－)混≈2×10－10 mol·L－1，pH≈9.7。‎ 例5　常温下，pH＝13的强碱溶液与pH＝2的强酸溶液混合，所得混合液的pH＝11，则强碱溶液与强酸溶液的体积比是(　　)‎ A．11∶1 B．9∶1‎ C．1∶11 D．1∶9‎ 答案　D 解析　可设碱溶液与酸溶液的体积分别为V碱和V酸，由题意可知，混合后碱过量，可列等式：‎ 10‎ ＝10－(14－11)，解之可得V碱∶V酸＝1∶9。‎ ‎1．下列溶液一定显酸性的是(　　)‎ A．溶液中c(OH－)>c(H＋)‎ B．滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液 C．溶液中c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1‎ D．pH<7的溶液 答案　B 解析　判断溶液酸碱性的关键是看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＋)>1×10－7 mol·L－1显酸性，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项中可使紫色石蕊溶液变红，则该溶液显酸性。‎ ‎2．下列说法正确的是(　　)‎ A．pH＝7的溶液一定显中性 B．pH＝6的溶液一定显酸性 C．c(H＋)＜c(OH－)的溶液一定显碱性 D．c(OH－)＝10－6的溶液一定显酸性 答案　C 解析　根据c(OH－)与c(H＋)大小判断溶液酸碱性，不受任何限制；由c(H＋)与10－7mol·L－1、pH与7大小推断溶液的酸碱性，只适用在常温下， 只有C正确。‎ ‎3．下列叙述正确的是(　　)‎ A．无论是纯水，还是酸性、碱性或中性稀溶液，在室温下，其c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14‎ B．c(H＋)等于1×10－7 mol·L－1的溶液一定是中性溶液 C．0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液的pH＝1‎ D．任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱 答案　A 解析　Kw＝c(H＋)·c(OH－) ，且Kw只与温度有关，所以，在常温下，纯水、酸性、碱性或中性稀溶液中均有Kw＝1×10－14；在温度不确定时，中性溶液中的c(H＋)不一定等于1×‎ 10‎ ‎10－7mol·L－1；CH3COOH是弱酸，部分发生电离，则c(H＋)＜0.1 mol·L－1，pH＞1；当c(H＋)或c(OH－)大于1 mol·L－1时，用pH表示溶液的酸碱性就不方便了，而是直接用c(H＋)或c(OH－)‎ 来表示。‎ ‎4．常温下，下列溶液等体积混合后，所得溶液的pH一定大于7的是(　　)‎ A．0.1 mol·L－1的盐酸和0.1 mol·L－1的氢氧化钠溶液 B．0.1 mol·L－1的盐酸和0.05 mol·L－1的氢氧化钡溶液 C．pH＝4的醋酸溶液和pH＝10的氢氧化钠溶液 D．pH＝4的盐酸和pH＝10的氨水 答案　D 解析　本题考查了酸碱反应后溶液pH的计算及判断。HCl为一元强酸，NaOH为一元强碱，Ba(OH)2为二元强碱，故等体积等物质的量浓度的HCl与NaOH恰好中和，pH＝7，与Ba(OH)2反应时，c(H＋)＝c(OH－)＝‎2c[Ba(OH)2]，pH＝7，故A、B错误；pH＝4的醋酸溶液中电离出的c(H＋)＝1×10－4 mol·L－1，pH＝10的NaOH溶液电离出的c(OH－)＝1×10－4 mol·L－1，因此仅CH3COOH电离出的H＋恰好与NaOH中和，还有大量的CH3COOH分子未电离，故pH<7，同理，D项中氨水过量较多，溶液显碱性，pH>7，故C错误、D正确。‎ ‎5．根据强、弱电解质概念的不同，完成下列填空：‎ ‎(1)体积相同、浓度均为0.2 mol·L－1的盐酸和CH3COOH溶液，分别加水稀释10倍，溶液的pH分别变成m和n，则m与n的关系为______________。‎ ‎(2)体积相同、pH均等于1的盐酸和CH3COOH溶液，分别加水稀释m倍、n倍，溶液的pH都变成3，则m与n的关系为______________。‎ ‎(3)体积相同、pH均等于13的氨水和NaOH溶液，分别加水稀释m倍、n倍，溶液的pH都变成9，则m与n的关系为______________。‎ 答案　(1)m＜n　(2)m＜n　(3)m＞n 解析　(1)加水稀释10倍后，两者的浓度仍相同。但醋酸是弱电解质，盐酸是强电解质，盐酸中c(H＋)大于醋酸中c(H＋)，故m＜n。‎ ‎(2)原盐酸和醋酸溶液中n(H＋)相同，加水稀释促进醋酸电离，导致醋酸中n(H＋)增大，盐酸中n(H＋)不变，要使稀释后两种溶液的pH相同，则两溶液加水稀释倍数关系为m＜n。‎ ‎(3)原氨水和NaOH溶液中n(OH－)相同，加水稀释促进NH3·H2O电离，导致氨水中n(OH－)增大，NaOH溶液中n(OH－)不变，要使稀释后两种溶液的pH相同，则两溶液加水稀释倍数关系为m＞n。‎ 10‎ ‎[对点训练]‎ 题组一　水的离子积 ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．水的电离方程式：H2O===H＋＋OH－‎ B．pH＝7的溶液一定是中性溶液 C．升高温度，水的电离程度增大 D．将稀醋酸加水稀释时，c(H＋)减小，c(OH－)也减小 答案　C 解析　H2O是弱电解质，不能完全电离；温度不一定是常温，pH＝7的溶液不一定是中性溶液；将稀醋酸加水稀释，c(H＋)减小，但c(OH－)增大。‎ 10‎ ‎2．关于水的离子积常数，下列说法不正确的是(　　)‎ A．蒸馏水中，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 ‎3．常温下，0.1 mol·L－1的NaOH溶液中由水电离出的OH－的物质的量浓度为(　　)‎ A．0.1 mol·L－1 B．1.0×10－13 mol·L－1‎ C．1.0×10－7 mol·L－1 D．无法确定 答案　B 题组二　溶液的酸碱性及测定 ‎4．下列溶液一定呈酸性的是(　　)‎ A．pH＝6.8的溶液 B．常温下，由水电离出的c(OH－)＝1×10－13 mol·L－1‎ C．加入酚酞，不显红色的溶液 D．常温下，溶液中的H＋浓度为5×10－7 mol·L－1‎ 答案　D ‎5．(2018·曙光中学高一段考)某学习小组研究某酸性工业废水样品，以下实验操作或分析结论中，正确的是(　　)‎ A．用玻璃棒蘸取废水样品，沾在用蒸馏水润湿的pH试纸上测定其pH B．将无色酚酞溶液滴入废水样品中验验证其酸性 C．该工业废水中c(H＋)＞c(OH－)‎ D．测得废水样品的pH＝4，说明该废水样品中c(H＋)＝4.0 mol·L－1‎ 答案　C 解析　用pH试纸测溶液的酸碱性，pH试纸不能用水润湿，A错误；无色酚酞遇酸不变色，B错误；pH＝4，则c(H＋)＝10－4 mol·L－1，D错误。‎ ‎6．下列说法正确的是(　　)‎ A．强酸的水溶液中不存在OH－‎ B．pH＝0的溶液是酸性最强的溶液 C．在温度不变时，水溶液中c(H＋)和c(OH－)不能同时增大 D．某温度下，纯水中c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，其呈酸性 答案　C 解析　在酸性或碱性水溶液中均存在H＋和OH－，所以A错；pH＝0的溶液中c(H＋)＝1.0 mol·L－1，并不是酸性最强的溶液，只是c(H＋)>1.0 mol·L－1‎ 10‎ 的溶液用pH表示酸性强弱不再方便，所以B错；在温度一定时，c(H＋)·c(OH－)＝Kw是一个定值，故二者不能同时增大，所以C对；纯水中，c(H＋)＝c(OH－)，呈中性，所以D错误。‎ 题组三　pH的简单计算 ‎7．10 mL 0.1 mol·L－1 NaOH溶液与10 mL 0.15 mol·L－1 H2SO4溶液混合(混合前后溶液体积变化忽略不计)，所得溶液的pH为(　　)‎ A．1 B．‎13 C．3 D．11‎ 答案　A 解析　先分别根据n＝cV计算出两溶液中氢离子、氢氧根离子浓度，显然氢离子过量，然后计算出混合液中氢离子浓度，最后根据pH＝－lgc(H＋)计算出混合液的pH。‎ ‎8．科学家曾提议用酸度(AG)来表示溶液酸碱性，酸度的计算公式是AG＝lg，下列叙述正确的是(　　)‎ A．中性溶液的AG＝1‎ B．酸性溶液的AG＜0‎ C．常温下0.1 mol·L－1NaOH溶液的AG＝12‎ D．常温下0.1 mol·L－1盐酸溶液的AG＝12‎ 答案　D 解析　中性溶液中＝1，AG＝0，A错误；酸性溶液中，＞1，AG＞0，B错误；0.1 mol·L－1NaOH溶液中，＝10－12，AG＝－12，C错误；0.1 mol·L－1盐酸溶液中，＝1012，AG＝12，D正确。‎ ‎[综合强化]‎ ‎9．现有下列物质①‎100 ℃‎纯水；②‎25 ℃‎ 0.1 mol·L－1 HCl溶液；③‎25 ℃‎ 0.1 mol·L－1 KOH溶液；④‎25 ℃‎ 0.1 mol·L－1Ba(OH)2溶液。‎ ‎(1)这些物质与‎25 ℃‎纯水相比，能促进水电离的是________(填序号)，能抑制水的电离的是________，水电离出的c(OH－)等于溶液中c(OH－)的是________，水电离出的c(H＋)等于溶液中c(H＋)的是________。‎ ‎(2)从②和③溶液中水的电离度相等，进而可推出结论：同一温度下，________时，水的电离度相等。‎ 答案　(1)①　②③④　①②　①③④‎ ‎(2)酸溶液中的c(H＋)等于碱溶液中的c(OH－)‎ 10‎ ‎10．下表是不同温度下水的离子积数据：‎ 温度/℃‎ ‎25‎ t1‎ t2‎ 水的离子积 ‎1×10－14‎ a ‎1×10－12‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)若25”“<”或“＝”)1×10－14，作出此判断的理由是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在t1时，测得纯水中的c(H＋)＝2.4×10－7 mol·L－1，则c(OH－)为________。该温度下，测得某H2SO4溶液中c(SO)＝5×10－6 mol·L－1，该溶液中c(OH－)＝________mol·L－1。‎ 答案　(1)>　温度升高，水的电离程度增大，离子积增大　(2)2.4×10－7 mol·L－1　5.76×10－9‎ 解析　(1)水是弱电解质，存在电离平衡，电离时吸热。所以温度升高，水的电离程度增大，离子积增大。‎ ‎(2)依据纯水中存在电离平衡，水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等，某温度下纯水中的c(H＋)＝2.4×10－7 mol·L－1，则此时溶液中的c(OH－)＝2.4×10－7 mol·L－1，Kw＝c(H＋)‎ ‎·c(OH－)＝2.4×10－7×2.4×10－7＝5.76×10－14，该温度下，某H2SO4溶液中c(SO)＝5×‎ ‎10－6 mol·L－1，则溶液中氢离子浓度c(H＋)＝‎2c(SO)＝1×10－5 mol·L－1，c(OH－)＝5.76×‎ ‎10－14÷10－5 mol·L－1＝5.76×10－9 mol·L－1。‎ 10‎