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化 学
通用类
主题三 溶液与水溶液中的离子反应
3.3 水的离子积和溶液的pH
主题三 溶液与水溶液中的离子反应 3.3 水的离子积和溶液的pH
学习目标
1.通过水的导电实验认识水的解离，了解水的离子积常数，发展宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养。
2.通过比较溶液中[H+]和[OH-]的相对大小，判断溶液的酸碱性，认识溶液的酸碱性与 pH 的关系，掌握用试纸测定溶液 pH 的方法；发展现象观察与规律认知等化学学科核心素养。
3. 通过实践活动了解国家标准对生产、生活用水及污水、工业废水等关于pH的规定，讨论溶液酸碱性对生产、环境和生活的影响，知道溶液 pH 的调控在工农业生产和科学研究中的应用，发展科学态度与社会责任等化学学科核心素养。
情境与问题
洁厕灵和食醋常被视为生活中的除垢利器，但两者的除垢能力有很大差别。想一想，其中的原因是什么？
（a）洁厕灵
（b）食醋
洁厕灵和食用醋都能去除污垢，区别是洁厕灵的主要成分是
盐酸，属于强酸，
食用醋的主要成分是醋酸，
是弱酸。
安全用电常识中指出，不能用湿手触摸带电的家用电器，
否则可能导致触电事故。
水为什么会导电？其中是否含有自由移动的离子？
水能导电，说明水中存在自由移动的离子，
即水可以发生解离。而纯水的导电性很差，说明水中离子的量很少，解离程度很微弱。
情境与问题
一.水的离子积
精确的实验证明：水是一种极弱的电解质，能微弱的解离。
H2O H++OH-
实验测得，在25 ℃时，1 L纯水中解离出的H+和OH-都是1×10-7 mol，
根据弱电解质的解离平衡的相关知识，计算水的解离常数。
简写为
根据弱电解质的解离平衡理论，
水的解离常数表达式为：
由于水的解离程度极小，相对1 L的水来说，已解离部分可以忽略不计，因此，
表达式中[H2O]几乎不变，
可以视为常数
一.水的离子积
1.水的离子积常数
水的解离平衡常数表达式可以改写成：
Kw是水中[H+]和[OH–]的乘积，叫作水的离子积常数，简称水的离子积。
一.水的离子积
在25 ℃时，每升水中有1×10–7 mol的水分子解离。则在纯水中：
[H+] = [OH–] = 1×10–7 mol/L
= 1×10–7×1×10–7 = 1 ×10–14
所以
在稀溶液中，溶质的浓度很小。[H2O]同样可以看成是个常数，因此不管是在纯水还是稀溶液中，[H+]和[OH–]的乘积都是一个常数。
Kw不仅适用于纯水中，还适用于任何以水作溶剂的稀溶液。
一.水的离子积
观察表3-3-1中的水的离子积常数，说说你的发现？
温度/℃ 0 10 20 25 50 100
Kw/×10-14 0.134 0.292 0.681 1.01 5.47 55.0
表3-3-1不同温度下水的离子积常数
Kw = 1×10–14
点拨
Kw是温度的函数，温度升高，Kw增大。在温度变化不大时，可近似看成常数。常温下该数值一般可以认为是1×10–14。
2.水的离子积常数的影响因素
一.水的离子积
依据弱电解质解离平衡的影响因素和水的离子积，小组合作讨论影响水的解离的因素，并填写表3-3-2。
表3-3-2 影响水解离平衡的因素(25℃）
[H+] [OH-] [H+]与[OH-]大小比较 Kw 酸碱性 水的解离平衡
水 / / 相等 1×10-14 中性 /
加酸 1×10-14
加碱 1×10-14
增大
减小
[H+]>[OH-]
酸性
逆向移动
减小
增大
[H+] <[OH-]
碱性
逆向移动
加酸或加碱
都对水的解离有抑制作用
二.溶液的酸碱性和pH
即[H+]和 [OH–]的关系是此消彼长的关系。
在纯水和任何稀溶液中， [H+]和 [OH–] 之间存在下列关系：
二.溶液的酸碱性和pH
由于Kw在一定温度下是一个常数，而溶液中的[H+]和 [OH–]又是此消彼长的关系。那么，溶液的酸碱性与溶液中的H+和OH-浓度有何关系？小组交流看法。
中性溶液，是指[H+]和 [OH–]相等的溶液，酸性溶液是指[H+] 大于 [OH–]的溶液，碱性溶液是指[OH–]大于 [H+]的溶液。所以，常温下，溶液的酸碱性与[H+]、[OH-] 的关系可以表示为：
中性溶液 [H+] = 1×10-7 mol/L= [OH-]
酸性溶液 [H+] >1×10-7 mol/L> [OH-]
碱性溶液 [H+] <1×10-7 mol/L< [OH-]
溶液中[H+]越大，酸性越强，碱性越弱；
溶液中[H+]越小，酸性越弱，碱性越强。
1.溶液的酸碱性
二.溶液的酸碱性和pH
判断下列溶液分别属于酸性、中性还有碱性溶液？
酸性溶液
中性溶液
碱性溶液
= 1×10–5 mol/L
[H+]
= 1×10–7 mol/L
[H+]
= 1×10–11 mol/L
[H+]
提示
既可以用[H+] 表示溶液的酸碱性，也可以用 [OH–]表示溶液的酸碱性，习惯上使用[H+] 表示溶液的酸碱性。
例题1
二.溶液的酸碱性和pH
2.溶液的pH
稀溶液中的[H+]很小，使用[H+] 表示溶液的酸碱性时很不方便。小组讨论：有没有更简便的表示方式呢？
通常采用[H+]的负对数来表示溶液的酸碱性，这个数值称为溶液的pH。
二.溶液的酸碱性和pH
例题2
计算下列溶液的pH？
= 1×10–5 mol/L
[H+]
①
= 1×10–7 mol/L
[H+]
②
= 1×10–11 mol/L
[H+]
③
②
解：
①
③
二.溶液的酸碱性和pH
实践活动
溶液的pH与溶液的酸碱性关系如何？依据表3-3-3中数据，
小组讨论：酸性溶液、碱性溶液、中性溶液的pH规律。
表3-3-3 中性、酸性和碱性溶液pH比较
溶液 [H+]/(mol/L) 溶液pH
中性溶液 1×10-7 7
酸性溶液 1×10-5 5
碱性溶液 1×10-11 11
中性溶液pH=7，酸性溶液pH<7，碱性溶液pH>7
二.溶液的酸碱性和pH
观察图3-3-2，并思考[H+] 和pH与溶液酸碱性之间的关系？
图3-3-2 [H+] 和pH与溶液酸碱性之间的关系
pH的使用范围一般是0 ~ 14，超过此范围时可直接使用[H+] 或 [OH–]表示。
溶液的酸性越强，pH越小；溶液的碱性越强，pH越大。
溶液的pH每相差1 个单位，[H+] 就相差10 倍。
二.溶液的酸碱性和pH
例题3
计算0.1 mol/L盐酸的pH？
解： HCl是强电解质，在溶液中完全解离
[H+] = [HCl] = 0.1 mol/L
答： 0.1 mol/L盐酸的pH等于1。
二.溶液的酸碱性和pH
例题4
计算0.1 mol/LNaOH溶液的pH？
解： NaOH是强电解质，在溶液中完全解离
答： 0.1 mol/L NaOH的pH等于13。
二.溶液的酸碱性和pH
测定溶液pH的方法主要有：
（1）酸碱指示剂法
（2）pH试纸法
（3）pH计（酸度计）法
3.pH的测定
初中化学中已接触过石蕊和酚酞两种酸碱指示剂。小组讨论：可用作酸碱指示剂的物质通常具有什么特点？使用酸碱指示剂能够准确测定溶液的pH吗？
单一指示剂只能粗略指示溶液的pH范围
二.溶液的酸碱性和pH
酸碱指示剂由一种颜色过渡到另一种颜色时溶液的pH变化范围叫作指示剂的变色范围。常见酸碱指示剂及其变色范围见下图。
常见的酸碱指示剂及其变色范围
二.溶液的酸碱性和pH
pH计又称酸度计，是准确测定溶液pH的精密仪器。常见的有台式、便携式和笔式pH计。
二.溶液的酸碱性和pH
测定pH在生产与日常生活中都具有重要的意义。请以小组为单位，开展以下课后实践活动。
（1）已知雨水的pH小于5.6时，就成为酸雨，会对生态环境造成危害。上网查阅资料了解酸雨的危害，并收集当地雨水测定其pH，判断是否为酸雨。
（2）“藏粮于地、藏粮于技”是现代农业发展观念。结合教材表3-3-3所列农作物最适宜的pH。选取当地的雨水和土壤样品，测定其pH，提出适合当地的农作物种植建议。
实践活动
【跟踪检测】
1．一些食物的近似 如下：其中显碱性的是
A．苹果汁：2.9-3.3 B．葡萄汁： 3.5-4.5
C．牛奶：6.3-6.6 D．鸡蛋清： 7.6-8.0
【答案】D
【跟踪检测】
2．下列可用于测定某电解质溶液pH且精确度最高的是
A．pH计 B．广范pH试纸
C．精密pH试纸 D．酚酞试液
【答案】A
【跟踪检测】
3．加热纯水时，下列叙述正确的是
A．pH变小、呈酸性 B． pH不变、呈中性
C． Kw变大、呈中性 D． Kw 变小、呈碱性
【答案】C
【跟踪检测】
4．25℃时， Ba(OH)2溶液中水电离出的OH-浓度为1×10-12mol/L，该 溶液的pH为( )
A．13 B．12 C．11 D．2
【答案】B
/作业布置/
业精一分汗禾滴，爱心一颗花万朵。
P82，1.2.3
第三节
水的离子积和溶液的pH
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