高考化学考点44 水的电离

高考化学考点44 水的电离

1 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：H2O+H2O H3O+ + OH−，可简写为 H2O H++OH−。 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、水的电离平衡的影响因素和有关计算 1．外界因素对水电离的影响 改变条件 电离平衡 溶液中 c(H＋) 溶液中 c(OH−) pH 溶液的 酸碱性 KW 升高温度 右移 增大 增大 减小 中性 增大 加入酸，如稀硫 酸、醋酸 左移 增大 减小 减小 酸性 不变 加入酸、 碱 加入碱，如 NaOH 溶液、氨 水 左移 减小 增大 增大 碱性 不变 加入盐 加入强碱弱酸盐， 如 Na2CO3 溶液 右移 减小 增大 增大 碱性 不变 2 加入强酸弱碱盐， 如 AlCl3 溶液 右移 增大 减小 减小 酸性 不变 加入强酸强碱盐， 如 NaCl 溶液 不移动 不变 不变 不变 中性 不变 加入活 泼金属 如 Na 右移 减小 增大 增大 碱性 不变 2．水电离出的 c(H+)或 c(OH−)的计算(25 ℃时) （1）中性溶液 c(OH−)=c(H+)=10−7 mol·L−1 （2）酸溶液 酸溶液中，H+来源于酸的电离和水的电离，而 OH−只来源于水的电离。 （3）碱溶液 碱溶液中，OH−来源于碱的电离和水的电离，而 H+只来源于水的电离。 （4）盐溶液 水解呈酸性或碱性的盐溶液中，H+和 OH−均来源于水的电离。 - - (H ) (H ) (H ) (OH ) (OH ) (H ) c c c c c c             酸 水 水 水 - - - - (OH ) (OH ) (OH ) (H ) (H ) (OH ) c c c c c c          水碱 水 水 - W - - W - - - (H ) (H ) (OH ) (H ) (OH ) (OH ) (H ) (OH ) : (H ) (H ) (OH ) (OH ) c c Kc c c c Kc c c c c c                              水 水 水 水 酸性 中性 碱性 3 考向一 水电离平衡的影响因素 典例 1 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．向水中加入少量盐酸，平衡逆向移动，c(OH−)增大 D．将水加热，KW 增大，pH 不变，呈中性 【答案】B 1．25 ℃时，相同物质的量浓度的下列溶液:①Na2SO4　②HCl　③Ba(OH)2　④AlCl3，其中水的电离程度按 由大到小顺序排列的一组是 A.④>③>②>①　　　　 B.②>③>①>④ C.④>①>②>③ D.③>②>①>④ 水电离平衡移动的判断 （1）促进水的电离 （2）抑制水的电离 考向二 水电离出的 c(H+)或 c(OH−)的计算 - +OH H ( )  升高温度 消耗 或 金属钠、可以水解的盐 4(NaHSO )  降低温度 外加酸、碱 性质上相当于一元强酸 4 典例 1 某温度下，向 c(H+)=1×10-6 mol·L-1 的蒸馏水中加入 NaHSO4 晶体，保持温度不变，测得溶液的 c(H+)=1×10-2 mol·L-1。下列对该溶液的叙述不正确的是 A.该温度高于 25 ℃ B.由水电离出来的 H+的浓度为 1×10-10 mol·L-1 C.加入 NaHSO4 晶体抑制水的电离 D.取该溶液加水稀释 100 倍，溶液中的 c(OH-)减小 【答案】D 2．室温下，在 pH=12 的某溶液中，分别有甲、乙、丙、丁四位同学计算出由水电离出的 c(OH−)的数据分别 为甲：1.0×10−7 mol·L−1；乙：1.0×10−6 mol·L−1；丙：1.0×10−2 mol·L−1；丁：1.0×10−12 mol·L−1。其中你认 为可能正确的数据是 A．甲、乙 B．乙、丙 C．丙、丁 D．乙、丁 水电离的 c(H+)、c(OH−)的计算关键 任何水溶液中水电离产生的 c(H+)和 c(OH−)总是相等的 （1）中性溶液：c(OH−)=c(H+)。 （2）酸溶液——OH−全部来自水的电离。 实例：常温下，pH=2 的盐酸中 c(H+)=10−2mol·L−1，则 c(OH−)= mol·L−1=1×10−12 mol·L−1，水电离出 的 c(H+)=c(OH−)=10−12 mol·L−1。 （3）碱溶液——H+全部来自水的电离。 实例：常温下，pH=12 的 NaOH 溶液中 c(OH−)=10−2 mol·L−1，则 c(H+)= mol·L−1=1×10−12 mol·L−1， W 210 K  W 210 K  5 水电离出的 c(OH−)=c(H+)=10−12 mol·L−1。 （4）水解呈酸性的盐溶液——H+全部来自水的电离。 实例：常温下，pH=5 的 NH4Cl 溶液中，水电离出的 c(H+)=10−5 mol·L−1，水电离的部分 OH−与 结合 使得溶液中 c(OH−)减小，为 10−9 mol·L−1。 （5）水解呈碱性的盐溶液——OH−全部来自水的电离。 实例：常温下 pH=12 的 Na2CO3 溶液中，水电离出的 c(OH−)=10−2 mol·L−1，水电离的部分 H+与 结合 使得溶液中 c(H+)减小，为 10−12 mol·L−1。 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 2．常温下水的离子积常数 KW=1.0×10−14，在 100 ℃时水的离子积常数 K'W=1.0×10−12。若将下列溶液加热至 90 ℃(忽略溶液体积变化)，则溶液 pH 不变的是 A．硫酸钠溶液 B．稀硫酸 C．氢氧化钠溶液 D．浓盐酸 3．下与纯水的电离相似，液氨中也存在着微弱的电离：2NH3 ＋ ，据此判断以下叙述中错误 的是 A．液氨中含有 NH3、 、 等微粒 B．一定温度下液氨中 c( )·c( )是个常数 C．液氨的电离达到平衡时：c(NH3)＝c( )＝c( ) D．只要不加入其他物质，液氨中 c( )＝c( ) 4．在 c(H+)∶c(OH−)=1∶106 的水溶液中能大量共存的离子组是 A．K+、Al3+、 、 B．Na+、 、 、Cl− C．Na+、K+、 、ClO− D．Na+、Fe2+、I−、 5．水的电离过程为 H2O H++OH-，在不同温度下其离子积为 Kw(25 ℃)=1.0×10-14，Kw(35 ℃)=2.1×10-14， + 4NH 2 3CO  + 4NH 2NH + 4NH 2NH + 4NH 2NH + 4NH 2NH + 4NH 2NH 3HCO 2 4SO  + 4NH 2 3CO  3NO 2 3SO  6 则下列叙述中正确的是 A.c(H+)随温度的升高而降低 B.35 ℃时，c(H+)>c(OH-) C.溶液 pH:pH(35 ℃)>pH(25 ℃) D.35 ℃时已电离的水的浓度约为 1.45×10-7 mol·L-1 6．下列四种溶液中，室温下由水电离生成的 H＋浓度之比(①∶②∶③∶④)是 ①pH＝0 的盐酸　②0.1 mol·L－1 的盐酸　③0.01 mol·L－1 的 NaOH 溶液　④pH＝11 的 NaOH 溶液 A．1∶10∶100∶1 000　　　　 B．0∶1∶12∶11 C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3 7．常温下，0.1 mol·L－1 某一元酸(HA)溶液中 ＝1×10－8，下列叙述正确的是 A．该一元酸溶液的 pH＝1 B．该溶液中由水电离出的 c(H＋)＝1×10－11 mol·L－1 C．该溶液中水的离子积常数为 1×10－22 D．用 pH＝11 的 NaOH 溶液 V1 L 和 V2 L 0.1 mol·L－1 该一元酸(HA)溶液混合，若混合溶液的 pH＝7，则 V1＜V2 8．在不同温度下，水溶液中 c(H+)与 c(OH−)的关系如图所示。下列有关说法中正确的是 A．若从 a 点到 c 点，可采用在水中加入酸的方法 B．b 点对应的醋酸中由水电离出的 c(H+)=10−6 mol·L−1 C．c 点对应溶液的 KW 大于 d 点对应溶液的 KW D．T ℃时，0.05 mol·L−1 Ba(OH)2 溶液的 pH=11 9．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: + (OH ) (H ) c c  7 （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 。则该温度下，0.01 mol·L-1 盐酸的酸度 AG=________。 10．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( )=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=　　　　。 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。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 +(H ) (OH ) c c  2 4SO  8 1．【答案】C 【解析】A.水是弱电解质，电离方程式应该使用可逆号，H2O H＋＋OH－，错误。B.若溶液的温度不 是室温，则 pH＝7 的溶液不一定是中性溶液，错误。C.水是弱电解质，电离吸收热量，所以升高温度， 水的电离程度增大，正确。D.将稀醋酸加水稀释时，c(H＋)减小，由于存在水的电离平衡，所以 c(OH－) 增大，错误。 2．【答案】B 【解析】由题目提供的不同温度下水的离子积常数可知，温度升高，水的离子积常数增大。硫酸钠不会 破坏水的电离平衡，但升高温度时，水的电离程度增大，溶液中 c(H+)增大，溶液的 pH 减小；稀硫酸的 pH 取决于 H2SO4 完全电离产生的 c(H+)，不会随温度变化而变化；升高温度时，氢氧化钠溶液中 c(OH−)不会 变化，但由于水的离子积常数增大，所以 c(H+)增大，溶液的 pH 减小；因为加热浓盐酸时，会有大量 HCl 气体逸出，c(H+)减小，溶液的 pH 增大。 3．【答案】C 【解析】此题要求将水的电离迁移应用于 NH3。NH3 分子电离产生 H＋和 ，H＋与 NH3 结合生成 ，液氨电离产生等量的 与 ，一定温度下离子浓度乘积为一常数； 类似于 H＋， 类似于 OH－。 5．【答案】D 2NH + 4NH 2NH + 4NH + 4NH 2NH 考点冲关 9 【解析】由两种温度下水的离子积常数值知水的电离是吸热的，温度高时水中 c(H+)较高，pH 较小，但 溶液中 c(H+)=c(OH-)，溶液呈中性，A、B、C 错误；已电离的水的浓度与电离生成的 c(H+)及 c(OH-)相等， 利用水的离子积常数可判断 D 正确。 6．【答案】A 【解析】①中c(H＋)＝1 mol·L－1，由水电离出的 c(H＋)与溶液中 c(OH－)相等，等于 1.0×10－14 mol·L－1；② 中 c(H＋)＝0.1 mol·L－1，由水电离出的 c(H＋)＝1.0×10－13 mol·L－1；③中 c(OH－)＝1.0×10－2 mol·L－1，由 水电离出的 c(H＋)与溶液中 c(H＋)相等，等于 1.0×10－12 mol·L－1；④中c(OH－)＝1.0×10－3 mol·L－1，同③ 所述由水电离出的 c(H＋)＝1.0×10－11 mol·L－1。即(1.0×10－14)∶(1.0×10－13)∶(1.0×10－12)∶(1.0×10－11)＝ 1∶10∶100∶1 000。 7．【答案】B 【解析】将 c(OH－)＝ 代入原题关系式中可得 ＝1×10－8，解得 c(H＋)＝1×10－3 mol·L－1，所 以该溶液的 pH＝3，A 项错误；酸溶液中水的电离看氢氧根离子，c(OH－)＝ mol·L－1＝1×10－11 mol·L－1，所以由水电离出的 c(H＋)＝1×10－11 mol·L－1，B 项正确；常温下，水的离子积是一个常数，为 1×10－14，C 项错误；由于 HA 是弱酸，二者等体积混合呈酸性，当 pH＝7 时应有 V1＞V2，D 项错误。 9．【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 =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， w +(H ) K c 14 2 + 1 10 (H )c  14 3 1 10 1 10     1210 0.01  10 0.01 mol·L-1 盐酸的酸度 AG=lg =8。 10．【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( )=5×10−4 mol·L−1，则 c(Na+)=2c( )=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 =0.01，解得 = 。 玻璃钢与撑杆跳高 撑杆跳高是田径比赛的项目之一。撑杆跳最初使用的是木杆、竹竿等天然材料。1942 年，美国人发明了 轻质铝合金撑杆，使这项运动的成绩提高了一大步。1960 年，美国运动员尤尔塞斯用玻璃纤维复合杆越过 4.98 米，打破了人的体力不能越过 4.87 米极限的神话。1985 年，撑杆跳“沙皇”布勃卡首次越过 6 米大关， 他用的是新型碳纤维撑杆。而现在很多运动员使用了航空材料碳素撑杆，比布勃卡的先进得多。 +(H ) (OH ) c c  2 4SO  2 4SO  2 1 1 2 0.1 0.1V V V V     1 2 V V 9 11