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专题3 化学反应原理
第四单元 溶液中的离子平衡
第2讲 水的电离、pH与溶液的酸碱性(1课时)
一、课程标准要求
1．理解水的电离和水的离子积常数。
2．了解溶液pH的定义，能进行溶液pH的简单计算。
3．初步掌握中和滴定的原理和方法，初步掌握测定溶液pH的方法。
4．能选择实例说明溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用。
二、在高中化学教材体系中的地位
水的电离和溶液的酸碱性考情一般以选择题形式呈现，一是结合离子共存问题考查溶液的酸碱性；二是在原理小综合题中考查溶液的酸碱性和pH的计算；三是在以图像形式考查滴定曲线，还有就是在选择题中结合盐类水解知识考查等等。
三、思维导图
四、课时安排建议
第1课时 水的电离、pH与溶液的酸碱性(1课时)
第1课时 水的电离、pH与溶液的酸碱性(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
1．水的电离
________________________________________________________
2．水的离子积常数
Kw＝c(H＋)·c(OH－)。
(1)室温下：Kw＝1×10－14。
(2)影响因素：只与温度有关，升高温度，Kw增大。
(3)适用范围：Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。
(4) Kw揭示了在任何水溶液中均存在H＋和OH－，只要温度不变，Kw不变。
3．外界条件对水的电离平衡的影响
4．溶液的pH
(1)表达式为pH＝－lgc(H＋)
(2)使用范围：
解析：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－)表示溶液的酸碱性。
5．pH试纸的使用
解析：把小片试纸放在表面皿或玻璃片上，用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部，观察变化稳定后的颜色，与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
活动二：重难点突破
问题1：水的电离平衡的影响因素
[例题1]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
问题2：水电离出的c(H＋)和c(OH－)的计算
[例题2]某温度下(Kw＝1×10－12 mol2·L－2)，计算下列溶液中水电离出的c(H＋)或c(OH－)。
(1)蒸馏水中c(H＋)水＝________。
(2)0.1 mol·L－1NaOH溶液中c(OH－)水＝________。
(3)pH＝11 Na2CO3溶液中c(OH－)水＝________。
[解析]：水电离的c(H＋)或c(OH－)的计算技巧(25 ℃时)：
(1)中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1。
(2)酸或碱抑制水的电离，水电离出的c(H＋)＝c(OH－)＜10－7mol·L－1，当溶液中的c(H＋)＜10－7mol·L－1时就是水电离出的c(H＋)；当溶液中的c(H＋)＞10－7mol·L－1时，就用10－14除以这个浓度即得到水电离的c(H＋)。
(3)可水解的盐促进水的电离，水电离的c(H＋)或c(OH－)均大于10－7mol·L－1。若给出的c(H＋)＞10－7mol·L－1，即为水电离的c(H＋)；若给出的c(H＋)＜10－7mol·L－1，就用10－14除以这个浓度即得水电离的c(OH－)。
问题3：溶液酸碱性的判断
[例题3]判断下列溶液在常温下的酸、碱性(在括号中填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(1)相同浓度的盐酸和NaOH溶液等体积混合(　　)
(2)相同浓度的CH3COOH溶液和NaOH溶液等体积混合(　　)
(3)相同浓度氨水和盐酸等体积混合(　　)
(4)pH＝2的盐酸和pH＝12的NaOH溶液等体积混合(　　)
(5)pH＝3的盐酸和pH＝10的NaOH溶液等体积混合(　　)
(6)pH＝3的盐酸和pH＝12的NaOH溶液等体积混合(　　)
(7)pH＝2的CH3COOH溶液和pH＝12的NaOH溶液等体积混合(　　)
(8)pH＝2的盐酸和pH＝12的氨水等体积混合(　　)
[解析]：
(1)两强等体积混合：
①若pH之和等于14，则混合后溶液显中性，pH＝7。
②若pH之和大于14，则混合后溶液显碱性，pH＞7。
③若pH之和小于14，则混合后溶液显酸性，pH＜7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时，一元强酸和一元弱碱等体积混合呈碱性；一元强碱和一元弱酸等体积混合呈酸性。
问题4：溶液pH的计算
[例题4] (1)常温下，pH＝1的H2SO4和pH＝12的NaOH溶液按体积比2∶9混合，混合后溶液的pH 为(忽略体积变化)________。
(2)某温度时水的离子积常数Kw＝10－13，将此温度下将同浓度的NaOH溶液与稀硫酸按一定体积比 3∶1混合，若所得混合液pH＝12，则原溶液的浓度为________。
[解析]：
活动三：巩固提升
1．下列溶液一定呈酸性的是(　　)
A． 含有H＋的溶液
B．c(H＋)＞(Kw)1/2
C．pH小于7的溶液
D．使石蕊试液显紫色的溶液
2．25 ℃时，水的电离达到平衡：H2O??H＋＋OH－。下列叙述错误的是(　　)
A．向水中通入氨气，平衡逆向移动，c(OH－)增大
B．向水中加入少量稀硫酸，c(H＋)增大，Kw不变
C．将水加热平衡正向移动，Kw变大
D．升高温度，平衡正向移动，c(H＋)增大，pH不变
3．如图曲线a和b是盐酸与氢氧化钠的相互滴定的滴定曲线，下列叙述正确的是(　　)
A．盐酸的物质的量浓度为 1 mol·L－1
B．P点时反应恰好完全，溶液呈中性
C．曲线a是盐酸滴定氢氧化钠的滴定曲线
D．酚酞不能用作本实验的指示剂
4．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
5．某温度下，水的离子积常数Kw＝1×10－12。该温度下，将pH＝4的H2SO4溶液与pH＝9的NaOH溶液混合并保持恒温，欲使混合溶液的pH＝7，则稀硫酸与NaOH溶液的体积比为(　　)
A．1∶10 B．9∶1
C．1∶9 D．99∶21
6．常温下，用一定浓度的氨水滴定一定体积未知浓度的土壤浸出溶液，溶液的pH变化与滴入氨水体积的关系如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该土壤是酸性土壤
B．当溶液中c(H＋)＝c(OH－)时，消耗氨水的体积为9 mL
C．M、N点由水电离出的氢离子浓度一定相等
D．将20 mL 此氨水与10 mL同浓度的盐酸混合，充分反应后存在：
c(NH)>c(Cl－)>c(NH3·H2O)>c(OH－)>c(H＋)
7．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
[参考答案]
1．B
解析：任何水溶液都含有H＋，但溶液不一定显酸性，A项错误；Kw＝c(H＋)·c(OH－)，因c(H＋)＞(Kw)1/2所以c(H＋)＞c(OH－)，溶液显酸性，B项正确；pH小于7的溶液不一定显酸性，和温度有关，100 ℃时pH＝6的溶液为中性，C项错误。
2．C
解析：向水中通入NH3，c(OH－)增大，平衡左移，A正确；向水中加入少量稀H2SO4，c(H＋)增大，但温度不变，Kw不变，B正确；将水加热，水的电离平衡正向移动，Kw变大，C正确；升高温度，能促进水的电离，c(H＋)增大，pH减小，D错误。
3．B
解析：根据曲线a知，滴定前盐酸的pH＝1，c(HCl)＝0.1 mol·L－1，A错误；P点表示盐酸与氢氧化钠恰好完全中和，溶液呈中性，B正确；曲线a是氢氧化钠溶液滴定盐酸的曲线，曲线b是盐酸滴定氢氧化钠溶液的曲线，C错误；强酸与强碱相互滴定，可以用酚酞作指示剂，D错误。
4．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，A项正确。
5．B
解析：设稀硫酸的体积为a，NaOH溶液的体积为b，则10－3b－10－4a＝10－5(a＋b)，a∶b＝9∶1。
6．C
解析：由图可知，加入氨水之前溶液呈酸性，故该土壤是酸性土壤，A项正确；当溶液中c(H＋)＝c(OH－)时，溶液呈中性，由图像不难看出，B项正确；M点时由于溶液显酸性，此时溶液可能为酸溶液或水解呈酸性的盐溶液，水的电离受到抑制或促进，而在N点时由于氨水过量而显碱性，水的电离受到抑制，故M、N点水电离出的氢离子浓度不一定相等，C项错误；混合后得到浓度相同的NH4Cl、NH3·H2O，由于NH3·H2O的电离大于NH的水解，此时溶液显碱性则c(NH)>c(Cl－)，NH3·H2O的电离程度很小，故c(Cl－)>c(NH3·H2O)>c(OH－)，D项正确。
7．D
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。
二、教学建议
1．复习课不是把学过的知识简单罗列、机械重复，而是把学过的知识进行归纳、分析、对比，达到在原有基础上进一步提高的目的。
2．拓宽学生从物质组成及占比角度理解和掌握物质性质的认识视角，培养学生学会自主构建水的电离、溶液酸碱性的知识体系。
3．为了更有效地进行高中化学复习，教师要将课堂教学中心由“老师的复习”向“学生的学”和“对学生的评”转移，切实转变教与学的方式。
4．在对水溶液中的平衡复习时，要重视溶液酸碱性在生产和生活中的应用。
三、情境素材
溶液酸碱性的应用
①化工生产中许多反应必须在一定pH溶液里才能进行；
②在农业生产中，农作物一般适宜在pH为7或接近于7的土壤中生长；
③测定雨水的pH(因溶解有二氧化碳，正常雨水的pH约为5.6，酸雨的pH小于5.6)，可以了解空气的污染情况；
④测定人体内或排出的液体的pH，可以了解人体的健康状况。
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