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基础课时17　水的电离平衡
学习任务 通过认识水的电离存在电离平衡，了解水的电离平衡的影响因素，知道水的离子积常数，会分析水的电离平衡移动，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
1．水的电离
水是一种极弱的电解质，电离方程式为2H2O H3O＋＋OH－，简写为H2O H＋＋OH－，水的电离常数K＝。
2．水的离子积常数
(1)表达式。
Kw＝c(H＋)·c(OH－)。
25 ℃时，水中的c(H＋)＝c(OH－)＝1×10-7 mol·L-1，Kw＝1×10-14。
(2)影响因素。
水的离子积Kw只受温度的影响，温度升高，Kw增大。
(3)适用范围。
Kw不仅适用于纯水，还可适用于稀的电解质水溶液。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)升高温度，若Kw增大到10-13，则纯水电离出的c(H＋)＝10-6.5 mol·L-1。 (√)
(2)在纯水中加入少量酸，水的电离平衡逆向移动，Kw减小。 (×)
(3)25 ℃时，若溶液中c(H＋)＝1.0×10-6 mol·L-1，则溶液中c(OH－)＝1.0×10-8mol·L-1。 (√)
(4)25 ℃时，水的离子积Kw＝1.0×10-14，35 ℃时水的离子积Kw＝2.1×10-14，则35 ℃时水中的c(H＋)＞c(OH－)。 (×)
(5)25 ℃时，0.01 mol·L-1的盐酸中，由水电离出的c(OH－)＝1.0×10-12 mol·L-1。 (√)
影响水电离平衡的因素
人们通常认为水是不导电的，但用精密仪器测定时，发现水有微弱的导电性，表明水是极弱的电解质，能电离出极少量的H＋和OH－。水是一种既能释放质子也能接受质子的两性物质。水在一定程度上也微弱地离解，质子从一个水分子转移给另一个水分子，形成H3O＋和OH－。通常将水合氢离子H3O＋简写为H＋，其电离方程式为H2O＋H2O H3O＋＋OH－，简写为H2O H＋＋OH－。水的电离是吸热的过程，因此升高温度水的电离平衡正向移动。
[问题1]　水的电离平衡。
(1)在pH＝2的盐酸中，由水电离出来的c(H＋)与c(OH－)之间的关系是什么？
(2)试根据平衡移动原理讨论，酸或碱是怎样影响水的电离平衡的？
(3)请结合钠与水反应的实质进行探究，向水中加入钠时，对水的电离平衡有何影响？
(4)向水中再添加温度相同的水，对水的电离平衡有影响吗？
提示：(1)在任何条件下，由水电离出的c(H＋)和c(OH－)总是相等的。
(2)向水中加入酸或碱之后，酸能电离出氢离子，碱能电离出氢氧根离子，这两种离子浓度增大，都会抑制水的电离。
(3)钠与水反应的实质就是钠与水电离出的氢离子发生了反应，消耗了水电离出的氢离子，使氢离子浓度降低，从而促使水的电离平衡正向移动。
(4)没有。因为两部分水的电离程度相同，水量再多，电离平衡也不移动。
[问题2]　水的离子积常数。
(1)离子积表达式Kw＝c(H＋)·c(OH－)中的H＋和OH－一定是水电离出的H＋和OH－吗？
(2)某温度时，水溶液中Kw＝4×10-14，那么该温度比室温(25 ℃)高还是低？该温度下纯水中c(H＋)是多少？
(3)在室温下，0.01 mol·L-1的盐酸中，c(OH－)是多少？ 水电离出的c(H＋)又是多少？
(4)在室温下，0.01 mol·L-1的NaOH溶液中，c(H＋)是多少？水电离出的c(OH－)又是多少？
(5)请与同学探究在室温下，酸或碱的稀溶液中，由水电离出的c(H＋)和c(OH－)还相等吗？c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10-14还成立吗？
提示：(1)表达式中H＋和OH－均表示整个溶液中的H＋和OH－，不一定是水电离出的H＋和OH－。
(2)25 ℃时，Kw＝1.0×10-14，升高温度，促进水的电离增大，4×10-14>1×10-14，故该温度高于25 ℃。纯水中c(H＋)＝c(OH－)，c(H＋)·c(OH－)＝4×10-14，所以c(H＋)＝mol·L-1＝2×10-7mol·L-1。
(3)由于c溶液(H＋)＝0.01 mol· L-1，溶液中c(OH－)＝＝ mol·L-1＝1.0×10-12 mol·L-1。由于溶液中的 OH－只来源于水的电离，所以水电离出的c(H＋)＝。
(4)由于c溶液(OH－)＝0.01 mol· L-1，则溶液中c(H＋)＝＝ mol·L-1＝1.0× 10-12mol·L-1。水电离出的c(OH－)＝1.0×10-12 mol·L-1。
(5)在酸或碱的稀溶液中，由水电离出的c(H＋)和c(OH－)一定相等，但溶液中的c(H＋)和c(OH－)一定不相等。c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10-14仍然成立。
影响水电离平衡的因素
c(H＋)/ (mol·L-1) c(OH－)/ (mol·L-1) 水的电 离程度 平衡 移动 Kw
纯水(25 ℃) 1.0×10-7 1.0×10-7 — — 1.0×10-14
升温 ＞1.0×10-7 ＞1.0×10-7 增大 向右 增大
加酸 ＞1.0×10-7 ＜1.0×10-7 减小 向左 不变
加碱 ＜1.0×10-7 ＞1.0×10-7 减小 向左 不变
加活泼金属 ＜1.0×10-7 ＞1.0×10-7 增大 向右 不变
1．在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．向水中加入少量硫酸氢钠固体，c(H＋)增大，Kw不变
C．向水中加入少量CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)降低
D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变
B　[A项，向水中加入稀氨水，c(OH－)增大；B项，向水中加入NaHSO4固体，c(H＋)增大，由于温度不变，Kw不变；C项，c(H＋)应增大；D项，将水加热，Kw增大，c(H＋)增大。]
2．在25 ℃时，在等体积的①0.5 mol·L-1 H2SO4溶液、②0.05 mol·L-1 Ba(OH)2溶液、③1 mol·L-1 NaCl溶液、④纯水中，发生电离的水的物质的量之比是(　　)
A．1∶10∶107∶107
B．107∶107∶1∶1
C．107∶106∶2∶2
D．107∶106∶2×107∶2
A　[在25 ℃时，0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中c(H＋)＝1 mol·L-1，由水电离出的c水(H＋)＝1×10-14 mol·L-1；0.05 mol·L-1 Ba(OH)2溶液中，c(OH－)＝0.1 mol·L-1，由水电离出的c水(H＋)＝1×10-13 mol·L-1；NaCl和纯水中由水电离出的c水(H＋)均为1×10-7 mol·L-1。则等体积的上述四种溶液中由水电离出的n(H＋)(即发生电离的水的物质的量)之比为(1×10-14)∶(1×10-13)∶(1×10-7)∶(1×10-7)＝1∶10∶107∶107。]
1．下列关于水的离子积常数的叙述中，正确的是(　　)
A．因为水的离子积常数的表达式是Kw＝c(H＋)·c(OH－)，所以Kw随溶液中c(H＋)和c(OH－)的变化而变化
B．水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K是同一物理量
C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，随温度的变化而变化
D．水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K是两个没有任何关系的物理量
C　[水的离子积常数Kw＝K·c(H2O)，一定温度下K和c(H2O)都是不变的常数，所以Kw仅仅是温度的函数，只要温度一定，Kw就是不变的。]
2．水的电离过程为H2O H＋＋OH－，在25 ℃时，水的离子积Kw＝1.0×10-14；在35 ℃时，水的离子积Kw＝2.1×10-14。下列叙述不正确的是(　　)
A．c(H＋)随着温度的升高而增大
B．在35 ℃时，c(H＋)>c(OH－)
C．35 ℃时的水比25 ℃时的水电离程度大
D．水的电离是吸热过程
B　[由题中条件可以看出，温度升高时，Kw增大。在25 ℃时，c(H＋)＝c(OH－)＝；在35 ℃时，c(H＋)＝c(OH－)≈1.45×10-7 mol·L-1。温度升高，c(H＋)和c(OH－) 都增大，且始终相等，水的电离程度也增大，因温度升高平衡向正反应方向移动，故水的电离为吸热过程。]
3．下列措施能影响水的电离平衡，并使溶液中的c(H＋)＞c(OH－)的是(　　)
A．向纯水中投入少量Na2O2
B．将水加热煮沸
C．向水中通入CO2
D．向水中加入NaCl
C　[A项，生成NaOH，使c(OH－)＞c(H＋)；B项，可促进水的电离，但c(H＋)＝c(OH－)；D项，对水的电离无影响；C项，CO2可与水反应生成H2CO3，抑制水的电离，同时使c(H＋)＞c(OH－)。]
4．某温度下，纯水中c(H＋)＝2×10-7mol·L-1，则此温度下水的离子积为________。若温度不变，滴入稀盐酸使c(H＋)＝5×10-4mol·L-1，则此时c(OH－)＝___________，由水电离产生的c(H＋)为__________，此时温度__________25 ℃(填“高于”“低于”或“等于”)。
[解析]　水的离子积为c(H＋)·c(OH－)＝4×10-14。c(OH－)＝＝8×10-11mol·L-1，水电离产生的氢离子和氢氧根离子的浓度任何时候都相等。
[答案]　4×10-14　8×10-11mol·L-1　8×10-11mol·L-1　高于
基础课时固基练(17)　水的电离平衡
1．在常温下，在0.01 mol·L-1 H2SO4溶液中，由水电离出的氢离子浓度是(　　)
A．5×10-13 mol·L-1
B．0.02 mol·L-1
C．1×10-7 mol·L-1
D．1×10-12 mol·L-1
A　[题给条件下H2SO4电离出的c(H＋)＝0.02 mol·L-1，常温下，由Kw＝1.0×10-14可知c(OH－)＝5×10-13 mol·L-1，OH－是由水电离产生的，则水电离产生的c(H＋)＝c(OH－)＝5×10-13 mol·L-1。]
2．关于水的离子积常数，下列说法不正确的是(　　)
A．100 ℃水中，c(H＋)·c(OH－)＝1×10-14
B．纯水中，在25 ℃时，c(H＋)·c(OH－)＝1×10-14
C．在25 ℃时，任何以水为溶剂的稀溶液中c(H＋)·c(OH－)＝1×10-14
D．Kw值随温度升高而增大
A　[Kw只与温度有关，升高温度，Kw增大，25 ℃时，纯水和任何物质的水溶液中Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝。]
3．已知液氨的性质与水相似，25 ℃时的平衡浓度为，则下列说法中正确的是(　　)
A．在液氨中加入NaNH2可使液氨的离子积变大
B．在液氨中加入NH4Cl可使液氨的离子积减小
C．在此温度下液氨的离子积为1×10-17
D．在液氨中放入金属钠，可生成NaNH2
D　[由水的离子积可知，其大小只与温度有关。由钠与水反应可推知，2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑　K＝＝1×10-30。]
4．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，测得溶液中c(H＋)＝1×10-3 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1×10-11 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－)增大
B　[在25 ℃时，纯水中c(H＋)＝1×10-7 mol·L-1，c(H＋)＝1×10-6 mol·L-1说明水的电离得到促进，故T＞25 ℃，A项正确；c(H＋)＝1×10-6 mol·L-1，水的离子积常数为1×10-12，Kw＝c(H＋)·c(OH－)，当c(H＋)＝1×10-3 mol·L-1时，c(OH－)＝1×10-9 mol·L-1，故由水电离出来的c(H＋)＝1×10-9 mol·L-1，B项错误；NaHSO4电离生成氢离子，对水的电离起抑制作用，水的电离程度减小，C项正确；温度不变时，Kw不变，加水稀释，c(H＋)减小，Kw＝c(H＋)·c(OH－)，所以c(OH－)增大，D项正确。]
5．运用相关概念和原理，回答下列问题：
(1)在25 ℃时，水的离子积Kw值为________________________________。
(2)在T ℃的水溶液中，c(H＋)＝1×10x mol/L，c(OH－)＝1×10y mol/L，x与y的关系如图所示：
①在T ℃下，水的离子积为________。
②在T ℃下，0.01 mol/L NaOH溶液中c(H＋)为________mol/L。
(3)在25 ℃时，有如下两个反应：
①CH3COOH＋NaCN===CH3COONa＋HCN
②HNO2＋CH3COONa===NaNO2＋CH3COOH
该温度下CH3COOH、HCN和HNO2三种弱酸的电离常数由大到小的顺序是__________________________________________________。
(4)在25 ℃时，0.1 mol/L的CH3COOH溶液加适量水稀释的过程中，下列表达式的数据保持不变的是________(填字母)。
a．c(H＋)
b．c(H＋)·c(OH－)
c．
d．
[解析]　(1)在25 ℃时，水电离产生的c(H＋)＝c(OH－)＝1×10-7mol/L，所以水的离子积Kw值为1×10-14。
(2)①在T ℃下，水的离子积为1×10-10×1×10-5＝1×10-15。
②在T ℃下，0.01 mol/L NaOH溶液中c(H＋)为mol/L＝1×10-13mol/L。
(3)由反应CH3COOH＋NaCN===CH3COONa＋HCN知，酸性CH3COOH＞HCN ，由反应HNO2＋CH3COONa===NaNO2＋CH3COOH知，酸性HNO2＞CH3COOH，所以该温度下CH3COOH、HCN和HNO2三种弱酸的电离常数由大到小的顺序是HNO2＞CH3COOH＞HCN。
(4)a.随着水的不断加入，CH3COOH溶液的浓度不断减小，c(H＋)不断减小，a不合题意；b.因为温度不变，所以溶液中c(H＋)·c(OH－)＝Kw不变，b符合题意；c.随着水的不断加入，n(H＋)不断增大，n(CH3COOH)不断减小，所以＝不断增大，c不合题意；d.＝，温度不变时，Kw、Ka不变，所以不变，d符合题意；故选bd。
[答案]　(1)1×10-14　(2)①1×10-15　
(3)HNO2＞CH3COOH＞HCN　(4)bd

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