高中化学《化学反应原理》3_2水的电离和溶液的pH教案 新人教版选修4

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高中化学《化学反应原理》3_2水的电离和溶液的pH教案 新人教版选修4

第二节 水的电离和溶液的pH 第一课时 教学目的:1、使学生了解水的电离和水的离子积 ‎2、生了解溶液的酸碱性与pH的关系 ‎3、通过水的离子积和溶液酸碱性等内容的教学,对学生进行矛盾的对立统一、事物间的相互关系和相互制约等辨证唯物主义观点的教育 教学重点:水的离子积,溶液酸碱性和溶液pH值的关系 教学难点:水的离子积 教学过程:‎ 引入:水是不是电解质?研究电解质溶液时往往涉及溶液的酸碱性,而酸碱性与水的电离有密切的关系。那么水是如何电离的呢?精确的实验证明,水是一种极弱的电解质,它能微弱地电离,生成H3O+ 和OH—:‎ 板书:一、水的电离 ‎1、水的电离 ‎ H2O + H2O H3O+ + OH— 简写为:H2O H+ + OH—‎ 实验测定:‎25℃‎ [H+]=[OH-]=1mol/L ‎100℃‎ [H+] = [OH-] = 1mol/L 水的电离与其它弱电解质的电离有何异同?‎ 不同点:水是“自身”作用下发生的极微弱的电离。‎ 相同点:均是部分电离,存在电离平衡 提问:请学生计算水的浓度,‎1L纯水的物质的量是55·6mol,经实验测得‎250C时,发生电离的水只有1×10-7mol,二者相比,水的电离部分太小,可以忽略不计。因此电离前后水的物质的量几乎不变,可以视为常数,常数乘以常数必然为一个新的常数,用Kw表示,即为水的离子积常数,简称水的离子积。‎ 板书2、水的离子积 ‎ Kw = c(H+)·c(OH—)‎ 由于‎250C时,c(H+)= c(OH—)= 1×10-7mol/L 所以‎250C时,Kw = c(H+)·c(OH—)=1×10-14(定值)(省去单位)‎ 提问:当温度升高时,Kw如何变化?影响Kw的因素是什么?(电离过程是吸热过程)‎ ‎ ‎1000C时,Kw = c(H+)·c(OH—)=1×10-12‎ 影响因素:温度越高,Kw越大,水的电离度越大。对于中性水,尽管Kw,电离度增大,但仍是中性水,[H+]=[OH-].‎ 注:温度升高时Kw增大,所以说Kw时要强调温度。‎ 练习:‎ 影响因素 条件改变 平衡移动 溶液中的c(H+)‎ 溶液中的c(OH-)‎ Kw 温度 升高温度 向右 增大 增大 变大 降低温度 向左 减小 减小 变小 酸碱性 加入酸 向左 增大 减小 不变 加入碱 向左 减小 增大 不变 过渡:在常温时,由于水的电离平衡的存在,不仅是纯水,就是在酸性或碱性的稀溶液里,H+ 浓度和OH—浓度的乘积总是一个常数——1×10-14‎ ‎,请考虑一下,当纯水中加入盐酸或氢氧化钠时,c(H+)和c(OH—)如何变化?‎ 板书:二、溶液的酸碱性和pH(常温下):‎ 1、 溶液的酸碱性与c(H+)和c(OH—)的关系:‎ 投影显示空表,教师引导填写,然后推出结论。‎ 电解质 溶液 对水电离平衡的影响 溶 液 中 c(H+)‎ ‎(mol/L)‎ 溶 液 中c(OH—)(mol/L)‎ c(H+)与 c(OH—)比较 c(H+)·‎ c(OH—)‎ 溶液酸碱性 纯水 ‎=10-7‎ ‎=10-7‎ 相 等 ‎10-14‎ 中性 盐酸 加HCl,c(H+)增大,平衡左移 ‎>10-7‎ ‎<10-7‎ c(H+)>‎ c(OH—)‎ ‎10-14‎ 酸性 氢氧化钠 加NaOH,c(OH—)增大,平衡左移 ‎<10-7‎ ‎>10-7‎ c(H+)<‎ c(OH—)‎ ‎10-14‎ 碱性 中性溶液c(H+)= c(OH—)= 1×10-7mol/L 酸性溶液c(H+)> c(OH—),c(H+)> 1×10-7mol/L 碱性溶液c(H+)< c(OH—),c(H+)< 1×10-7mol/L 注:①水中加酸或碱均 抑 制水的电离,但由水电离出的c(H+)与c(OH—)总是相等。‎ ②任何电解质溶液中,H+与OH—总是共存,但不能大量共存。溶液的酸、碱性主要在于c(H+)与c(OH—)的相对大小。c(H+)与c(OH—)此增彼长,且Kw = c(H+)·c(OH—)不变。‎ 讲述:酸性溶液中c(H+)越大,酸性越强,碱性溶液中c(OH—)越大,碱性越强。我们经常用到一些c(H+)很小的溶液,如c(H+)=1×10-7 mol/L的溶液,用这样的量来表示溶液的酸碱性的强弱很不方便。为此,化学上常采用pH来表示溶液酸碱性的强弱。‎ ‎2、溶液的pH:‎ ‎(1)定义:pH =-lg{c(H+)}‎ ‎(2)适应范围:稀溶液,0~14之间。‎ 有关溶液的pH值的几个注意问题:‎ ‎①pH值是溶液酸碱性的量度。常温下,pH=7溶液呈中性;pH值减小,溶液的酸性增强;pH值增大,溶液的碱性增强。‎ ‎②pH值范围在0-14之间。pH=0的溶液并非没有H+,而是C(H+)=1mol/L;pH=14的溶液并非没有OH-,而是C(OH-)=1mol/L。pH改变一个单位,C(H+)就改变10倍,即pH每增大一个单位,C(H+)就减小到原来的1/10;pH每减小一个单位,C(H+)就增大到原来的10倍。‎ ‎③当C(H+)>1mol/L时,pH值为负数,当C(OH-)>1mol/L时,pH>14。对于C(H+)或C(OH-)大于1mol/L的溶液,用pH值表示反而不方便,所以pH值仅适用于C(H+)或C(OH)小于等于1mol/L的稀溶液。‎ ‎④也可用pOH来表示溶液的酸碱性,pOH=-lgC(OH--),因为C(H+)·C(OH-)=10-14,若两边均取负对数,得pH+pOH=14。‎ ‎⑤可用 pH试纸来测定溶液的pH值。方法:用洁净的干玻璃棒直接蘸取少许待测液,滴在pH试纸上(注意不能将pH试纸先用水沾湿或用湿的玻璃棒,因为这样做,实际上已将溶液稀释,导致所测定的pH不准确)将pH试纸显示的颜色随即(半分钟内)与标准比色卡对照,确定溶液的pH值(因为时间长了,试纸所显示的颜色会改变,致使测得的pH不准。)‎ 第二课时 教学目的:1、了解指示剂的变色范围,学会用pH试纸测定溶液的pH值 ‎2、初步学会计算酸碱的pH值以及氢离子浓度和pH值的互算 ‎3、掌握pH相同的强酸与弱酸的几个规律 教学重点:有关pH的简单计算 教学难点:熟练掌握有关pH的计算 教学过程:‎ 复习提问:‎ ‎①什么叫水的离子积?影响水的离子积因素?溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH—)及pH的关系?溶液pH的计算?求0.1mol/L盐酸溶液中的[OH-]?(‎25℃‎)求0.1mol/LnaOH溶液中[H+]?‎ ‎②关于pH相同的酸(含强酸和弱酸)‎ ‎(1)溶液中c(H+)相等 (填“相等”或“不等”)。‎ ‎(2)溶液中溶质的物质的量的浓度:强酸 < 弱酸(填“>”或“<”)。‎ ‎(3)耗碱规律:pH和溶液体积均相同的HCl、H2SO4、CH3COOH与碱完全反应时,消耗碱物质的量最多的是 CH3COOH 。‎ ‎(4)稀释规律:分别加水稀释m倍时,溶液的物质的量的浓度均变为原来的 1/m , 强酸中c(H+)变为原来的1/m ,但弱酸中c(H+)减小 小于(填“大于”或“小于”)m倍,故稀释后弱酸酸性强于强酸。‎ ‎③pH的有关计算:‎ ‎(1)求酸或碱溶液的pH a·先判断溶液的酸碱性 ‎(2)求强酸或强碱稀释后的pH b·若为酸性,先求出c(H+)后 ‎(3)求混合溶液的pH 由pH =-lg{c(H+)}求pH ‎ ‎ ①两种强酸(碱)混合 若为碱性,先求c(OH—)后 ‎ ②强酸与强碱混合 由Kw = c(H+)·c(OH—)‎ ‎(4)pH+pOH=14 求c(H+),再求pH 板书:三、有关溶液pH的计算 ‎(一)强酸、强碱自相或互相混合(体积变化忽略不计)‎ ‎(1)酸I+酸II [H+] = ‎ ‎(2)碱I+碱II [OH-] = ‎ ‎(3)酸I+碱II 完全中和:[H+] = [OH-‎] = 1mol/L 酸过量: [H+]= ‎ 碱过量:[OH-‎] = ‎ ‎(二)溶液酸碱性pH计算经验规律 ‎(1)两强酸等体积混合 混合后的pH=小的+0.3‎ ‎(2)两强碱等体积混合 混合后的pH=大的—0.3‎ ‎(3)当按所给反应物质的量之比计算时,酸碱不论强弱,谁大谁过剩,溶液呈谁性。‎ ‎(4)酸碱等体积混合①pH = 2 某酸与pH = 12 某碱混合pH难定②pH = 4 某酸与pH = 10 NaOH混合 pH≤7③pH = 4 H2SO4与pH = 10 某碱混合pH≥7④0.01mol/L pH = 2 一元酸与0.1mol/L pH = 12一元碱混合pH = 7‎ ‎(5) pH 减小一个单位,[H+]扩大为原来的10倍。 PH增大2个单位,[H+]减为原来的1/100‎ ‎(6)稀释规律:分别加水稀释m倍时,溶液的物质的量的浓度均变为原来的 1/m , 强酸中c(H+)变为原来的1/m ,但弱酸中c(H+)减小 小于m倍,故稀释后弱酸酸性强于强酸。‎ 例1、求下列溶液的pH:‎ ‎(1)某H2SO4溶液的浓度是0·005mol/L ①求此溶液的pH②用水稀释到原来体积的100倍 ③再继续稀释至104倍 ‎(2)pH=3的盐酸与pH=5的硫酸等体积混合 ‎(3)pH=10和pH=12的两种NaOH溶液等体积混合 ‎(4)pH=12的NaOH和pH =4的HCl等体积混合 解析:(1)① c(H+)=0·005mol/L×2=0·01 mol/L , pH=-lg10-2=2‎ ② c(H+)=0·01mol/L÷100=10-4 mol/L , pH=-lg10-4=4‎ ③ pH=7(强调酸稀释后不会变成碱!)‎ ‎(2)c(H+)==5×10-4, pH=-lg(5×10-4)=4-lg5=3·3‎ ‎(强调10-3是10-5的100倍,所以10-5可以忽略不计)‎ ‎(3)因为溶液呈碱性c(OH—)==5×10-3 c(H+)==2×10-12‎ ‎ pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11·7‎ ‎(4)NaOH中c(OH—)=10-2 mol/L HCl中c(H+)=10-4 mol/L二者等体积反应,碱过量,反应后溶液呈碱性。所以反应后c(OH—)==5×10-3 c(H+)==2×10-12 pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11·7‎ 例2、某温度下纯水的C(H+)=2.0╳10—7mol/L,则此时C(OH)为多少?若温度不变,滴入稀H2SO4,使C(H+)=5.0╳10—4mol/L,则由水电离产生的C(H+)为多少?‎ 答案:;。‎ 例3、 常温下,将pH的NaOH与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液中氢离子浓度最接近(D)A. B. ‎ C. D. ‎ 例4、pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合,所得溶液的pH=11,则强碱与强酸的体积比是 A、11:1 B、9:‎1 ‎ C、1:11 D、1:9‎ 答案:D 例5、常温时某溶液中,测得由水电离出的C(H+)为10-11mol/L ‎,则对此溶液的下列叙述中,正确的是( C D )‎ A、一定是酸溶液 B、一定是碱溶液 C、可能是pH=3的酸溶液 D、可能是pH=11的碱溶液 例6、将pH=5的盐酸溶液稀释1000倍后,溶液的pH为( C )‎ A、等于8 B、等于‎7 ‎ C、接近7又小于7 D、大于7而小于8‎ 例7、有PH相等的盐酸和醋酸(),如何通过实验的方法证明。‎ 解析:经分析可知一为强酸(盐酸),强电解质,另一为弱酸(醋酸),弱电解质。利用二者在电离过程中的区别,可用稀释相同倍数后测pH的方法进行鉴别。‎ 答案:取相同体积的两种酸,加水稀释10倍,用玻璃棒分别蘸取稀释后两种酸,点在PH试纸上,稍后与比色卡比较,其中PH较小的为醋酸,另一为盐酸。‎ 练习:‎ ‎1.在‎250C某稀溶液中,由水电离产生的c(H+)=10-13mol/L,下列有关溶液的叙述正确的是(CD) A.该溶液一定呈酸性 B.该溶液一定呈碱性 C.该溶液的pH可能约为1 D.该溶液的pH可能约为13‎ ‎2.‎250C时,10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合之前,该强酸的pH与强碱的pH之间应满足的关系是什么?(pH酸+pH碱=15)‎ ‎3.在‎800C时,纯水的pH小于7,为什么?(因为水的电离过程是吸热过程,所以升高温度,平衡右移,使c(H+)=c(OH—)>10—7 mol/L,所以pH小于7)‎ ‎4.pH = 4的盐酸用水稀释100倍、1000倍、10000倍,pH值各为多少?‎ ‎5.在0.01mol/LHCl中,由水电离出来的[H+]为多少?‎ ‎6.某溶液中由水电离产生的[H+]= 1╳10—10mol/L,则该溶液的pH值可能是?‎ ‎7.某盐酸中1╳10—xmol/L,某氨水的pH为y,已知:x+y = 14,且y>11,将上述两溶液分别取等体积,充分混合后,所的溶液中各离子浓度由大到小的顺序是?‎ ‎8.pH = 5的强酸与pH = 11的强碱溶液混合至pH=7,求酸碱的体积比?‎ 课堂练习1:‎ ‎1.室温下,在pH=12的某溶液中,由水电离出来的c(OH-)为( )。‎ ‎(A)1.0×10-7 mol·L-1 (B)1.0×10-6 mol·L-1 (C)1.0×10-2 mol·L-1 (D)1.0×10-12 mol·L-1‎ ‎2.‎25℃‎时,某溶液中,由水电离出的c(H+)=1×10-12 mol·L-1,则该溶液的pH可能是( )。‎ ‎(A)12 (B)7 (C)6 (D)2 ‎ ‎3.纯水在‎25℃‎和‎80℃‎时的氢离子浓度,前者和后者的关系是( )。‎ ‎(A)前者大 (B)相等 (C)前者小 (D)不能肯定 ‎4.某温度下,重水(D2O)的离子积常数为1.6×10-15 若用定义pH一样来规定pD=-lg[D+ ],则在该温度下,下列叙述正确的是( )。‎ ‎(A)纯净的重水中,pD=7 (B)‎1 L溶解有0.01 mol DC1的重水溶液,其pD=2‎ ‎(C)‎1 L溶解有0.01 mol NaOD的重水溶液,其pD=12‎ ‎(D)纯净的重水中, [D+ ][OD- ]>1.0×10-1 4 ‎ ‎5.给蒸馏水中滴入少量盐酸后,下列说法中错误的是( )。‎ ‎(A)[H+ ][OH- ]乘积不变 (B)pH增大了 (C)[OH- ]降低了 (D)水电离出的[H+ ]‎ 增加了 ‎6.常温下,下列溶液中酸性最弱的是( )。‎ A)pH=4 (B)[H+ ]=1×10-3 mol·L-1 (C)[OH- ]=1×10-11 mol·L-1 (D)[H+ ] ·[OH- ]= 1×10-14 ‎ ‎7.某酸溶液的pH=3,则该酸溶液的物质的量浓度为( )。‎ ‎(A)一定大于0.001 mol·L-1 (B)一定等于0.001 mol·L-1 ‎ ‎(C)一定小于0.001 mol·L-1 (D)以上说法均欠妥 ‎8.常温下, 某溶液中水的电离度a=10-10/55.5(%), 该溶液的pH可能是( )。‎ ‎(A)12 (B)10 (C)4 (D)3‎ ‎9.在室温下,等体积的酸和碱的溶液混合后,pH一定少于7的是( )。‎ ‎(A)pH=3的HNO3跟pH=11的KOH溶液 (B)pH=3的盐酸跟pH=11的氨水 ‎(C)pH=3硫酸跟pH=11的氢氧化钠溶液 (D)pH=3的醋酸跟pH=11的氢氧化钡溶液 ‎10.下列叙述中,正确的是( )。‎ ‎(A)中和10 mL 0.1mol·L-1 醋酸与中和100 mL 0.01mol·L-1 的醋酸所需同种碱溶液的量不同 ‎(B)等体积pH=3的酸溶液pH=11的碱溶液相混合后,溶液的pH=7‎ ‎(C)体积相等, pH相等的盐酸和硫酸溶液中, H+离子的物质的量相等 ‎(D)pH=3的甲酸溶液的[H+]与pH=11的氨水溶液的[OH- ]相等 ‎11.今有a·盐酸 b·硫酸 c·醋酸三种酸:‎ ‎(1)在同体积,同pH的三种酸中,分别加入足量的碳酸钠粉末, 在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。‎ ‎(2)在同体积、同浓度的三种酸中,分别加入足量的碳酸钠粉末,在相同条件下产生CO2的体积由大到小的顺序是_________________。‎ ‎(3)物质的量浓度为0.1 mol·L-1的三种酸溶液的pH由大到小的顺序是___________;如果取等体积的0.1 mol·L-1的三种酸溶液,用0.1 mol·L-1的NaOH溶液中和,当恰好完全反应时,消耗NaOH溶液的体积由大到小的顺序是______________(以上均用酸的序号填写)。‎ ‎12.在‎25℃‎时, 有pH=a的盐酸和pH=b的苛性钠溶液,现取VamL盐酸用该苛性钠溶液中和,需VbmL苛性钠溶液。若a+b=13,则Va/Vb=____________。‎ ‎13.将pH=3的弱酸溶液稀释100倍,该溶液的pH范围为:__________________。‎ 课堂练习1答案:1CD,2AD,‎3C,4B,5BD,6D,7D,‎8AC,9D,10CD。11.(1)c>b=a 。(2)b>a=c。(3)c>a>b 。 b>c=a 。12.1:10。13.3‎2 c1 (C) c2 <‎2 c1 (D)c1 = ‎2c2‎ ‎8.从植物花中提取一种有机物,可用简化式HIn表示,在水溶液中因存在下列电离平衡,故可作酸碱指示剂:HIn(溶液红色) H+(溶液)+In-(溶液黄色) 。在该水溶液中加入下列物质,能使指示剂显黄色的是( )。‎ ‎(A)盐酸 (B)碳酸钠溶液 (C)硫酸氢钠溶液 (D)过氧化钠 ‎9.已知多元弱酸在水溶液中的电离是分步进行的,且第一步电离程度远大于第二步电离程度,第二步电离程度远大于第三步电离程度………今有HA、H2B、H‎3C三种一元、二元、三元弱酸,根据“较强酸+较弱酸盐=较强酸盐+较弱酸”的反应规律,它们之间能发生下列反应:‎ ‎①HA+HC2-(少量)=A-+H‎2C-②H2B(少量)+‎2A-=B2-+‎2HA ③H2B(少量)+H‎2C-=HB-+H‎3C 回答下列问题:‎ ‎(1)相同条件下,HA、H2B、H‎3C三种酸中酸性最强的是_______。‎ ‎(2)A-、B2-、C3-、HB-、H‎2C-、HC2-6种离子中,最易结合质子的是___,最难结合质子的是___。‎ ‎(3)判断下列反应的离子方程式中正确的是(填写标号)_______。‎ ‎(A)H‎3C+‎3A-=‎3HA+C3- (B)HB-+A-=HA+B2- (C)H‎3C+B2-=HB-+H‎2C-‎ ‎(4)完成下列反应的离子方程式:‎ ‎(A)H‎3C+OH-(过量)=_______________。(B)(过量)+C3-=________________。‎ ‎10.250 mL pH=12的某一元强碱(MOH)溶液与250 mL 0.025 mol·L-1 的硫酸溶液相混合, 假设混合后液体体积为500 mL。试求:(1)混合液的pH;‎ ‎(2)若原250 mL一元强碱中含溶质‎0.1 g, 则M的相对原子质量为多少?‎ ‎(3)若给混合液中分别滴入几滴甲基橙、无色酚酞、紫色石蕊试液,则溶液的颜色分别是什么?‎ ‎11.在‎25℃‎时,有pH为a的盐酸和pH为b的NaOH溶液,取VaL该盐酸,同该NaOH溶液中和,需Vb L NaOH溶液,填空:‎ ‎(1)若a+b=14,则Va:Vb=____________(填数字)。‎ ‎(2)若a+b=13,则Va:Vb=____________(填数字)。‎ ‎(3)若a+b>14,则Va:Vb=_____________(填表达式),且Va_________ Vb(填:>、<、=)(题中a≤6、b≥8)。‎ 课堂练习2答案:‎1C,‎2A,3B,4B,5BC,‎6A,7B,8B。9.(1)H2B。(2)C3-、HB- 。(3)B、C。(4)H‎3C+3OH- = C3-+3H2O, ‎2HA+C3-=‎2A-+H‎2C-。10.(1)pH=1.7;(2)Mr=23;(3)变红色、变无色、变红色。11.(1)1;(2)0.1;(3)‎10a+b-14,>。‎ ‎1、 常温下,将pH的NaOH与pH=10的NaOH 溶液等体积混合后,溶液中氢离子浓度最接近 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎2、pH = 5的强酸与pH = 11的强碱溶液混合至pH=7,求酸碱的体积比?‎ ‎3、pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合,所得溶液的pH=11,则强碱与强酸的体积比是A、11:1B、9:‎1C、1:11D、1:9‎ ‎4、下列叙述中,正确的是( )。‎ A、中和10 mL 0.1mol·L-1 醋酸与中和100 mL 0.01mol·L-1 的醋酸所需同种碱溶液的量相同 B、中和10 mL Ph=1 醋酸与中和100 mLpH=2的醋酸所需同种碱溶液的量相同 ‎5、在‎25℃‎时,有pH为a的盐酸和pH为b的NaOH溶液等体积混合。‎ ‎(1)若a+b=14,则溶液呈 性(2)若a+b=13,则溶液呈 性 ‎(3)若a+b>14,则溶液呈 性 ‎6、‎250C时,10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合之前,该强酸的pH与强碱的pH之间应满足的关系是什么? ‎
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