备战2021 高考化学 考点44 水的电离(解析版)
考点 44 水的电离
一、水的电离
1.水的电离平衡
水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离。
2.水的离子积常数
(1)概念:在一定温度下,c(H+)与 c(OH−)的乘积是一个常数,称为水的离子积常数,简称水的离子积。
(2)表达式:水的离子积用 Kw 表示。
实验测得,25 ℃时,1 L 水中只有 1.0×10−7 mol H2O 电离。所以该温度时的纯水中 c(H+)=c(OH−)=1.0×10−7
mol·L−1,Kw=c(H+)·c(OH−)=1.0×10−14,室温下 Kw 一般也取这个值。
(3)影响因素:Kw 只与温度有关。温度升高,Kw 增大。
注意事项
(1)水的离子积不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
(2)在室温时,任何物质的水溶液,Kw=10−14。Kw 与溶液的酸碱性无关,只与温度有关。
(3)Kw 的重要应用在于溶液中 c(H+)和 c(OH−)的换算。
(4)外界条件改变,水的电离平衡发生移动,但任何时候水电离出的 c(H+)和 c(OH−)总是相等的。
二、c(H+)与 c(OH-)的反比关系图像
(1)A、B 线表示的温度 A
0 ,下列叙述正确的是( )
A.将水加热, +c H 增大, c OH 降低,KW 增大
B.向水中加入少量的 3CH COONa (忽略溶液温度改变),平衡向右移动, +c H 增大
C.向水中加入稀氨水,平衡向左移动, c OH 降低
D.向水中加入少量固体硫酸氢钠(忽略溶液温度改变), +c H 增大,KW 不变
【答案】D
【解析】A.根据水的电离方程式可知,将水加热,促进水的电离,故 +c H 增大, c OH 增大,KW 增
大,A 错误;
B.向水中加入少量的 3CH COONa(忽略溶液温度改变),由于 CH3COO-结合了水电离的 H+生成弱电解质
CH3COOH,故平衡向右移动,根据勒夏特列原理可知, +c H 减小,B 错误;
C.向水中加入稀氨水,由于氨水电离出 OH-,导致溶液中的 OH-浓度增大,导致平衡向左移动,根据勒夏
特列原理可知, c OH 增大,C 错误;
D.向水中加入少量固体硫酸氢钠(忽略溶液温度改变),NaHSO4=Na++H++ 2-
4SO ,故 +c H 增大,KW 仅仅
是温度的函数,温度不变,KW 不变,D 正确;
故答案为:D。
1.能促进水的电离,并使溶液中 c(H+)>c(OH-)的操作是
①将水加热煮沸 ②向水中投入一小块金属钠 ③向水中通 CO2
④向水中加入明矾晶体 ⑤向水中加 NaHCO3 固体 ⑥向水中加 NaHSO4 固体
A.④ B.①④⑤ C.③④⑤ D.①②④⑤
【答案】A
【解析】①加热时促进水的电离,但是氢离子和氢氧根浓度依然相等,故①错误;
②加入金属钠,和水电离出的氢离子反应生成氢氧化钠和氢气,使水的电离向右移动,碱性增强,c(H+)
<c(OH-),故②错误;
③二氧化碳溶于水形成碳酸,溶液中的 c(H+)>c(OH-),酸对水的电离起抑制作用,故③错误;
④向水中加入明矾,铝离子水解对水的电离起促进作用,电离后的溶液显酸性,溶液中的 c(H+)>c(OH-),
故④正确;
⑤向水中加入 NaHCO3,碳酸氢钠中的碳酸氢根水解显碱性,使溶液中的 c(H+)<c(OH-),故⑤错误;
⑥向水中加 NaHSO4 固体形成硫酸氢钠水溶液,硫酸氢钠在水中完全电离出钠离子、氢离子、硫酸根离子,
氢离子对水的电离起抑制作用,故⑥错误;
故选 A。
水电离平衡移动的判断
(1)促进水的电离
- +OH H ( )
升高温度
消耗 或 金属钠、可以水解的盐
(2)抑制水的电离
4(NaHSO )
降低温度
外加酸、碱 性质上相当于一元强酸
考向二 水电离平衡图像的分析与判断
典例 2 如图表示水中 c(H+)和 c(OH-)的关系,下列判断错误的是
A.两条曲线间任意点均有 c(H+)·c(OH-)=Kw
B.M 区域内任意点均有 c(H+)<c(OH-)
C.图中 T1<T2
D.XZ 线上任意点均有 pH=7
【解析】由水的离子积的定义知两条曲线间任意点均有 c(H+)·c(OH-)=Kw,A 项正确;由图中纵横轴
的大小可知 M 区域内任意点均有 c(H+)<c(OH-),B 项正确;温度越高,水的电离程度越大,电离出的 c(H
+)与 c(OH-)越大,所以 T2>T1,C 项正确;XZ 线上任意点都有 c(H+)=c(OH-),只有当 c(H+)=10-7 mol·L
-1 时,才有 pH=7,D 项错误。
【答案】D
2.水的电离平衡曲线如图所示,若 A 点表示 25℃时水的电离达平衡时的离子浓度,B 点表示 100℃时水的
电离达平衡时的离子浓度。则 100℃时 0.001 mol/L 的 NaOH 溶液中,由水电离出的 c(H+)=________mol·L
-1,Kw(25℃)________Kw(100℃)(填“>”、“<”或“=”)。25℃时,向水的电离平衡体系中加入少量 NH4HCO3
固体,对水的电离平衡的影响是________(填“促进”、“抑制”或“不影响”)。
【答案】10-9 < 促进
【解析】100℃时根据图像可知,水的离子积常数等于 10-12 ,所以 100℃时 0.001 mol/L 的 NaOH 溶液中,
OH-浓度是0.001mol·L-1,则氢离子的浓度=
wK
c OH =1×10-9mol/L,因此溶液中由水电离出的c(H+)=1×10
-9mol/L;
25℃时根据图像可知,水的离子积常数等于 10-14 ,故 Kw(25℃) c(OH-)的操作是
①将水加热煮沸 ②向水中投入一小块金属钠 ③向水中通 CO2 ④向水中通 NH3 ⑤向水中加入明矾
晶体 ⑥向水中加入 NaHCO3 固体 ⑦向水中加 NaHSO4 固体
A.①③⑥⑦ B.①③⑥
C.⑤⑦ D.⑤
【答案】D
【解析】①的 c(H+)=c(OH-);②的 c(H+)c(OH-);⑥的 c(H+)1.0×10-14,溶液呈中性时,pH<7,故 pH=7 的溶液呈碱性,A 错
误;混合溶液的 c(H+)=c(OH-),则该溶液呈中性,B 正确;混合溶液呈电中性,据电荷守恒可得 c(B+)
+c(H+)=c(A-)+c(OH-),若溶液中 c(B+)=c(A-),故 c(H+)=c(OH-),则该溶液呈中性,C 正确;在水
溶液中,Kw=c(H+)·c(OH-),将 c(H+)= Kw mol·L-1 代入可得 c(OH-)= Kw mol·L-1,此时 c(H+)=c(OH
-),则该溶液呈中性,D 正确。
6.水的电离平衡曲线如图所示,下列说法中正确的是
A.图中 A、B、D 三点处 Kw 间的关系:B>A>D
B.100 ℃,将 pH=2 的稀硫酸逐滴加入等体积 pH=10 的稀氨水中,溶液中 c(NH+
4 )
c(NH3·H2O)
减小,充分
反应后,溶液达到 B 点
C.温度不变,在水中加入适量 NH4Cl 固体,可从 A 点变化到 C 点
D.加热浓缩 A 点所示溶液,可从 A 点变化到 B 点
【答案】D
【解析】水的离子积 Kw 只与温度有关,温度升高,Kw 增大,温度:B>A=D,则三点处 Kw 间的关系:
B>A=D,A 错误。100 ℃时 Kw=10-6×10-6=10-12,将 pH=2 的稀硫酸逐滴加入等体积 pH=10 的稀氨
水中, c(NH+
4 )
c(NH3·H2O)
=Kb(NH3·H2O)
c(OH-)
,c(OH-)减小、Kb(NH3·H2O)不变,则 c(NH+
4 )
c(NH3·H2O)
增大;充分反应后,
氨水剩余,所得溶液呈碱性,故溶液不能达到 B 点,B 错误。温度不变,在水中加入适量 NH4Cl 固体,
NH +
4 发生水解而使溶液呈酸性,而 A、C 点溶液均呈中性,故不能从 A 点变化到 C 点,C 错误。图中
AB 直线上各点溶液均呈中性,加热浓缩 A 点所示溶液,温度升高,水的电离程度增大,c(H+)、c(OH-)
均增大,故可实现 A 点到 B 点变化,D 正确。
7.某温度下的水溶液中,c(H+)=10-x mol·L-1,c(OH-)=10-y mol·L-1。x 与 y 的关系如图所示:
(1)该温度下水的离子积为________(填具体数值);该温度________(填“高于”“低于”或“等于”)常温。
(2)该温度下 0.01 mol·L-1 NaOH 溶液的 pH 为________。
(3)除了用 pH 外,科学家还建议用酸度(AG)来表示溶液的酸碱性:AG=lg
+(H )
(OH )
c
c 。则该温度下,0.01
mol·L-1 盐酸的酸度 AG=________。
【答案】(1)10-12 高于
(2)10
(3)8
【解析】(1)根据图象可知 x=4 时,y=8,所以该温度下水的离子积常数是 10-4·10-8 =10-12>10-14,所以温
度高于常温。
(2)0.01 mol·L-1 NaOH 溶液中 OH-的浓度是 0.01 mol·L-1,所以氢离子的浓度
1210
0.01
=10-10 mol·L-1,因此
pH=10。
(3)0.01 mol·L-1 盐酸溶液中氢离子浓度是 0.01 mol·L-1,所以 OH-的浓度是 10-10mol·L-1。因此该温度下,
0.01 mol·L-1 盐酸的酸度 AG=lg
+(H )
(OH )
c
c =8。
8.下表是不同温度下水的离子积常数。
T/K 298 T1 T2
水的离子积常数(KW) 1×10−14 a 1×10−12
试回答以下问题:
(1)若 298”、“<”或“=”)1×10−14,判断的理由是 。
(2)298 K 时,某 Na2SO4 溶液中 c( 2
4SO )=5×10−4 mol·L−1,取该溶液 1 mL 加水稀释至 10 mL,则稀释
后溶液中 c(Na+)∶c(OH−)= 。
(3)在 T2 K 时 pH=10 的 NaOH 溶液中,由水电离产生的 OH−的浓度为 。
(4)T2 K 时,将 pH=11 的 NaOH 溶液 V1 L 与 pH=1 的稀硫酸 V2 L 混合(设混合后溶液的体积为原两溶液体
积之和),所得混合溶液的 pH=2,则 V1∶V2= 。
【答案】(1)> 水的电离为吸热过程,温度升高,水的电离程度变大,离子积常数增大
(2)1 000∶1(或 103∶1)
(3)1×10−10 mol·L−1
(4)9∶11
【解析】(1)升高温度,水的电离程度变大,KW 变大。
(2)c( 2
4SO )=5×10−4 mol·L−1,则 c(Na+)=2c( 2
4SO )=1×10−3 mol·L−1,稀释到 10 倍,则 c(Na+)=1×10−4
mol·L−1。298 K 时 Na2SO4 溶液中 c(OH−)=1×10−7 mol·L−1,稀释到 10 倍后仍然为 1×10−7 mol·L−1,则
c(Na+)∶c(OH−)=103∶1。
(3)pH=10 的 NaOH 溶液中,c(H+)=1×10−10 mol·L−1,NaOH 溶液中的 H+全部来自水的电离,水电离出
H+的同时也电离出等量的 OH−。
(4)T2 K 时,混合液的 pH=2,说明溶液呈酸性,酸过量。T2 K 时,pH=11 的 NaOH 溶液中 c(OH−)=0.1
mol·L−1,则 2 1
1 2
0.1 0.1V V
V V
=0.01,解得 1
2
V
V = 9
11
。
1.[2019北京]实验测得0.5 mol·L−1CH3COONa溶液、0.5 mol·L−1 CuSO4溶液以及H2O的pH随温度变化的曲线
如图所示。下列说法正确的是
A.随温度升高,纯水中c(H+)>c(OH−)
B.随温度升高,CH3COONa溶液的c(OH−)减小
C.随温度升高,CuSO4溶液的pH变化是Kw改变与水解平衡移动共同作用的结果
D.随温度升高,CH3COONa溶液和CuSO4溶液的pH均降低,是因为CH3COO−、Cu2+水解平衡移
动方向不同
【答案】C
【解析】
【分析】水的电离为吸热过程,升高温度,促进水的电离;盐类水解为吸热过程,升高温度促进盐类水
解,据此解题;
【详解】A.水的电离为吸热过程,升高温度,平和向着电离方向移动,水中 c(H+).c(OH-)=Kw 减小,故
pH 减小,但 c(H+)=c(OH-),故 A 不符合题意;
B.水的电离为吸热过程,升高温度,进水的电离,所以 c(OH-)增大,醋酸根水解为吸热过程,
CH3COOH-+H2O CH3COOH+OH-,升高温度促进盐类水解,所以 c(OH-)增大,故 B 不符合题意;
C.升高温度,促进水的电离,故 c(H+)增大;升高温度,促进铜离子水解 Cu2++2H2O Cu(OH)2 +2H+,
故 c(H+)增大,两者共同作用使 pH 发生变化,故 C 符合题意;
D.盐类水解为吸热过程,升高温度促进盐类水解,故 D 不符合题意;
综上所述,本题应选 C。
2.(2017·上海高考真题)下列物质的水溶液呈酸性,并且使水的电离平衡向正方向移动的是:
A.Na2CO3 B.NH4Cl C.H2SO4 D.NaHCO3
【答案】B
【解析】A.Na2CO3 是强碱弱酸盐,碳酸根离子水解导致溶液呈碱性,促进水电离,错误;B.氯化铵是强
酸弱碱盐,铵根离子水解,溶液显酸性,促进水的电离,正确;C.硫酸完全电离生成氢离子而导致溶
液中 c(H+)增大,溶液显酸性,抑制水的电离,错误;D.碳酸氢钠是强碱弱酸酸式盐,碳酸氢根离子
水解程度大于电离程度,溶液显碱性,促进水的电离,错误;故选 B。
3.[2015 广东]一定温度下,水溶液中 H+和 OH−的浓度变化曲线如图。下列说法正确的是
A.升高温度,可能引起由 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
【解析】本题考查影响水电离平衡的因素,意在考查考生读图处理信息的能力。升温促进水的电离,升
温后溶液不能由碱性变为中性,A 项错误;根据 c(H+)和 c(OH−)可求出 KW=1.0×10−14,B 项错误;加入
FeCl3,Fe3+水解溶液呈酸性,可引起由 b 向 a 变化,C 项正确;温度不变,稀释后,c(OH−)减小,c(H+)
增大,但仍在该曲线上,不可能到达 d 点,D 项错误。