资源简介

第3课时　水的电离平衡
[核心素养发展目标]　1.认识水的电离，了解水的离子积常数。2.能运用弱电解质的电离模型分析水的电离、分析外界条件对水的电离平衡的影响。3.会计算酸、碱溶液中水电离出的c(H＋)或c(OH－)，能分析应用水的电离平衡曲线。
一、水的电离
1．水的电离
(1)水是一种极弱的电解质。
(2)水的电离方程式为H2O＋H2O??H3O＋＋OH－，简写为H2O??H＋＋OH－。
(3)水的电离是吸热过程。
2．水的离子积
1．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？
提示　因此时水的离子积大于常温时水的离子积，故温度高于25 ℃，此时c(H＋)＝2×10－7mol·L－1。
2．水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)中H＋和OH－一定是水电离出来的吗？
提示　不一定。c(H＋)和c(OH－)均指溶液中H＋或OH－的总浓度，如盐酸中的H＋包括HCl和H2O电离产生的H＋，即c(H＋)＝c酸(H＋)＋c水(H＋)，而OH－全部来自于水的电离。
1．下列说法正确的是(　　)
A．水的电离方程式：H2O===H＋＋OH－
B．升高温度，水的电离程度增大
C．在NaOH溶液中没有H＋
D．在HCl溶液中没有OH－
答案　B
解析　水是极弱的电解质，只有少部分电离，电离方程式中应用“??”表示，故A错；水的电离是吸热的，所以升高温度，电离程度增大，B正确；在NaOH溶液中c(OH－)>c(H＋)，在HCl溶液中c(OH－)2．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电离是同一个物理量
C．水的离子积常数是温度的函数，随着温度的变化而变化
D．水的离子积常数Kw与水的电离平衡常数K电离是两个没有任何关系的物理量
答案　C
解析　水的离子积常数的表达式是Kw＝c(H＋)·c(OH－)，但是Kw是温度的函数，不随溶液中c(H＋)和c(OH－)的变化而变化，A错误，C正确；水的离子积常数Kw＝K电离·c(H2O)，B、D错误。
二、外界条件对水的电离平衡的影响
分析下列条件的改变对水的电离平衡H2O??H＋＋OH－　ΔH>0的影响，并填写下表：
改变条件 平衡移动方向 c(H＋) c(OH－) 水的电离程度 Kw
升高温度 右移 增大 增大 增大 增大
加入HCl(g) 左移 增大 减小 减小 不变
加入NaOH(s) 左移 减小 增大 减小 不变
加入活泼金属(如Na) 右移 减小 增大 增大 不变
加入NaHSO4(s) 左移 增大 减小 减小 不变
(1)升高温度，若Kw增大到1×10－12，则纯水电离出的c(H＋)＝1×10－6 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＋)＝1×10－6 mol·L－1，则溶液中c(OH－)＝1×10－8 mol·L－1(　　)
(4)25 ℃时，0.01 mol·L－1的盐酸中，由水电离出的c(OH－)＝1×10－12 mol·L－1(　　)
(5)Kw＝c(H＋)·c(OH－)，c(H＋)和c(OH－)均指溶液中总物质的量浓度(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
1．下列操作能使水的电离平衡发生移动，且c(H＋)＞c(OH－)的是(　　)
A．向水中投入一小块金属钠 　 B．将水加热煮沸
C．向水中通入CO2气体 　 D．向水中加食盐晶体
答案　C
解析　A项中加入的钠与H2O反应生成NaOH，使c(OH－)＞c(H＋)；B项中c(H＋)＝c(OH－)；C项中通入CO2：CO2＋H2O??H2CO3??H＋＋HCO，故c(H＋)＞c(OH－)；而D项中c(H＋)＝c(OH－)，故选C项。
2．25 ℃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－)减小
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CH3COOH，平衡逆向移动，c(H＋)减小
D．将水加热，Kw增大，c(H＋)不变
答案　B
解析　A项，加入稀氨水，NH3·H2O存在电离平衡：NH3·H2O??NH＋OH－，c(OH－)增大，使水的电离平衡逆向移动，错误；B项，加入NaHSO4，NaHSO4在水溶液中电离：NaHSO4===Na＋
＋H＋＋SO，c(H＋)增大，使水的电离平衡逆向移动，由于温度不变，Kw不变，正确；C项，CH3COOH??CH3COO－＋H＋，使c(H＋)增大，使水的电离平衡逆向移动，错误；D项，升温，Kw增大，c(H＋)增大，错误。
三、Kw的应用
1．水的电离平衡曲线的理解与识别
(1)曲线上的任意点(如a，b，c)的Kw都相同，即c(H＋)·c(OH－)相同，温度相同。
(2)曲线外的任意点(如d)与曲线上任意点的Kw不同，温度不同。
(3)实现曲线上点之间的转化需保持温度不变，改变酸碱性；实现曲线上点与曲线外点之间的转化一定改变温度。
2．溶液中水电离出的c(H＋)或c(OH－)的计算方法
Kw表达式中c(H＋)、c(OH－)均表示整个溶液中总物质的量浓度，但是一般情况下有：
(1)酸溶液中Kw＝c酸(H＋)·c水(OH－)(忽略水电离出的H＋的浓度)。
(2)碱溶液中Kw＝c水(H＋)·c碱(OH－)(忽略水电离出的OH－的浓度)。
(3)外界条件改变，水的电离平衡发生移动；但由水电离出的c(H＋)与水电离出的c(OH－)一定相等。
(4)室温下，由水电离出的c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1的溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。
1．溶液中水电离出的c(H＋)或c(OH－)的计算
(1)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？
提示　由于c酸(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＋)＝1.0×10－12 mol·L－1。
(2)在室温下，0.01 mol·L－1的氢氧化钠溶液中，c(H＋)是多少？水电离出的c(OH－)又是多少？
提示　由于c碱(OH－)＝0.01 mol·L－1，则溶液中c(H＋)＝＝mol·L－1＝1.0×
10－12 mol·L－1。水电离出的c(OH－)＝1.0×10－12 mol·L－1。
(3)上述两种溶液水的电离程度如何？简述原因。
提示　相同。两种酸、碱电离出的c(H＋)、c(OH－)相等，因而对水的电离抑制程度相同。
(4)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　在酸或碱的稀溶液中由水电离出的c(H＋)和c(OH－)一定相等，但溶液中所有的c(H＋)和所有的c(OH－)一定不相等。c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－14仍然成立。
2．思考解答以下几个问题：
(1)某温度下纯水中的c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，此时c(OH－)为多少？该纯水的酸碱性如何？
(2)若保持(1)中温度不变，滴入稀盐酸使c(H＋)＝5×10－4 mol·L－1，则溶液中c(OH－)为多少？由水电离产生的c(H＋)为多少？
答案　(1)2×10－7 mol·L－1　该水呈中性
(2)8×10－11 mol·L－1　8×10－11 mol·L－1
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．该温度下，a点溶液呈碱性
B．该温度下，0.01 mol·L－1NaOH溶液中c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1
C．该温度下，加入NaOH可能引起由d向b的变化
D．b点时，升高温度，可能引起由b向c的变化
答案　A
解析　根据图像，b点c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－12>1.0×10－14，说明该温度高于常温。曲线上的点的温度相同。该温度下，a点溶液中c(H＋)0.01 mol·L－1NaOH溶液中c(OH－)＝0.01 mol·L－1，则c(H＋)＝1.0×10－10mol·L－1，故B错误；该温度下，加入NaOH，溶液中的c(OH－)增大，c(H＋)减小，不能引起d向b的变化，故C错误；b点时，升高温度，水的电离程度增大，c(H＋)·c(OH－)增大，不能引起b向c的变化，故D错误。
2.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(不包括边界)任意点均有c(H＋)C．图中T1D．XZ线上任意点的c(H＋)都相等
答案　D
解析　只要在水溶液中，都会有c(H＋)·c(OH－)＝Kw，故A项正确；XZ线的斜率是1，XZ线上的点均存在c(H＋)＝c(OH－)，在X、Z连线的上方M区域(不包括边界)，c(H＋)X点，所以T1题组一　水的电离平衡及Kw
1．下列关于水的说法中正确的是(　　)
A．水的离子积仅适用于纯水
B．水的电离需要通电
C．升高温度一定使水的离子积增大
D．加入电解质一定会破坏水的电离平衡
答案　C
解析　水的离子积适用于稀的电解质水溶液及纯水，A项错误；水的电离不需要通电，B项错误；水的电离是吸热过程，温度升高，促进水的电离，水的离子积增大，C项正确；不是所有的电解质都能破坏水的电离平衡，如NaCl，D项错误。
2．(2020·重庆高二期中)已知室温下0.01 mol·L－1 CH3COOH溶液中c(H＋)＝4.32×10－4 mol·L－1，则该CH3COOH溶液中水的离子积常数(　　)
A．小于1×10－14 B．大于1×10－14
C．等于1×10－14 D．无法确定
答案　C
解析　室温下，任何稀的水溶液中水的离子积常数都是1×10－14。
题组二　外界条件对水的电离平衡的影响
3．能够使H2O＋H2O??H3O＋＋OH－的平衡向右移动的措施是(　　)
A．升高水溶液的温度 B．加入少量H2SO4溶液
C．加入少量NaOH溶液 D．向水中放入冰块
答案　A
解析　A项，水的电离是吸热过程，升温平衡向右移动；B项，加入H2SO4使H＋浓度增大，平衡向左移动；C项，加入NaOH使OH－浓度增大，平衡向左移动；D项，放入冰块，使温度降低，平衡向左移动。
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
答案　B
解析　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电离生成的氢离子，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－)不变，所以c(OH－)增大，D项正确。
5．水的电离过程为H2O??H＋＋OH－，在25 ℃时，水的离子积Kw＝1×10－14；在35 ℃时，水的离子积Kw＝2.1×10－14。则下列叙述正确的是(　　)
A．c(H＋)随着温度的升高而降低
B．35 ℃时，c(H＋)>c(OH－)
C．35 ℃时比25 ℃时水的电离程度小
D．水的电离是吸热过程
答案　D
解析　由题中条件可以看出，温度升高时，Kw增大。25 ℃时，c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7 mol·L－1；
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，因温度升高平衡正向移动，故水的电离为吸热过程。
6．25 ℃时，相同物质的量浓度的下列溶液：①NaCl、②NaOH、③H2SO4，其中水的电离程度按由大到小顺序排列的一组是(　　)
A．③＞②＞① B．②＞③＞①
C．①＞②＞③ D．③＞①＞②
答案　C
解析　分析三种物质可知②③抑制水的电离，①不影响水的电离平衡，H2SO4为二元强酸，产生的c(H＋)大于NaOH产生的c(OH－)，抑制程度更大，故顺序为①＞②＞③。
题组三　Kw的应用
7．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
答案　A
解析　H2SO4电离出的c(H＋)＝0.02 mol·L－1，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。
8．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(　　)
①c(H＋)＝1.0 mol·L－1的盐酸　②0.1 mol·L－1的盐酸　③0.01 mol·L－1的NaOH溶液　④0.001 mol·L－1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
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。
9.水的电离常数如图所示，曲线上的点都符合c(H＋)·c(OH－)＝常数，下列说法错误的是(　　)
A．图中温度：T1＞T2
B．图中五点Kw间的关系：B＞C＞A＝D＝E
C．曲线a、b均代表纯水的电离情况
D．若处在B点时，将0.005 mol·L－1的硫酸溶液与由水电离的c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1的KOH溶液等体积混合后，溶液显碱性
答案　C
解析　由图像可知，A点在T2时的曲线上，而B点在T1时的曲线上，因为A、B点溶液中的氢离子与氢氧根离子的浓度相等，所以是纯水的电离，B点的电离程度大于A点，所以温度T1＞T2，故A正确；由图像可知，A、E、D都是T2时曲线上的点，Kw只与温度有关，温度相同时Kw相同，温度升高，促进水的电离，Kw增大，则B＞A＝D＝E，由C点c(OH－)·c(H＋)可知，C点的Kw大于A点，小于B点，则Kw：B＞C＞A＝D＝E，故B正确；由E和D点的c(H＋)≠c(OH－)可知其不是纯水的电离，故C错误；B点时，Kw＝1×10－12,0.005 mol·L－1的硫酸中c(H＋)＝0.01 mol·L－1，由水电离的c(H＋)＝1.0×10－12 mol·L－1的KOH溶液中c(OH－)＝1 mol·L－1，两溶液等体积混合后，溶液显碱性，故D正确。
10．下列微粒中能使水的电离平衡向左移动且溶液中的c(H＋)增大的是(　　)
A．HSO B．Cl－ C．Na＋ D．
答案　A
解析　A项HSO电离出H＋使溶液显酸性，抑制水的电离；B中Cl－、C中Na＋对水的电离无影响；D项为OH－，抑制水的电离，使溶液中的c(H＋)减小。
11．室温下，若溶液中由水电离产生的c(OH－)＝1×10－14 mol·L－1，满足此条件的溶液中一定可以大量共存的离子组是(　　)
A．Al3＋、Na＋、NO、Cl－ B．K＋、Na＋、Cl－、NO
C．K＋、Na＋、Cl－、AlO D．K＋、NH、SO、NO
答案　B
解析　溶液中由水电离产生的c(OH－)＝1×10－14 mol·L－1，溶液呈酸性或碱性。A项，Al3＋与OH－不能大量共存；C项，AlO与H＋不能大量共存；D项，NH与OH－不能大量共存。
12．水的电离平衡曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．图中点对应的温度关系为a＞b＞c
B．纯水仅升高温度，可从a点变到c点
C．水的离子积常数Kw数值大小关系为b＞c＝d
D．在b点对应温度下，0.5 mol·L－1的H2SO4溶液与1 mol·L－1的KOH溶液等体积混合，混合后c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1
答案　D
解析　水的电离是吸热过程，温度升高，水的离子积常数增大，根据图中数据得出的水的离子积常数Kw数值大小关系为b＞c＞a＝d，温度关系为b＞c＞a＝d，A、C项错误；若纯水仅升高温度，c(OH－)与c(H＋)都增大，B项错误；b点的Kw＝1×10－12，0.5 mol·L－1的H2SO4溶液与1 mol·L－1的KOH溶液等体积混合，充分反应后所得溶液显中性，c(H＋)＝1×
10－6 mol·L－1，D项正确。
13．(1)某温度时，水的Kw＝1×10－12，则该温度____(填“>”“<”或“＝”)25 ℃，其理由是________________________________________________________________________。
(2)该温度下，c(H＋)＝1×10－7 mol·L－1的溶液呈______(填“酸性”“碱性”或“中性”)；若该溶液中只存在NaOH溶质，则由H2O电离出来的c(OH－)＝________mol·L－1。
(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡______(填“向左”“向右”或“不”，下同)移动。在新制氯水中加入少量NaCl固体，水的电离平衡______移动。
(4)25 ℃时，0.1 mol·L－1的6种溶液，水电离出的c(H＋)由大到小的关系是___________________________________________________________________(填序号)。
①盐酸　②H2SO4　③CH3COOH(Ka＝1.75×10－5)　④NH3·H2O(氨水)(Kb＝1.8×10－5)　⑤NaOH　⑥Ba(OH)2
答案　(1)>　升温促进水的电离，Kw增大　(2)碱性　1×10－7　(3)向右　向右　(4)③＝④＞①＝⑤＞②＝⑥
解析　(1)升高温度，Kw增大，由于Kw＝1×10－12>1×10－14，因此该温度大于25 ℃。
(2)该温度下，溶液中c(OH－)＝ mol·L－1＝1×10－5 mol·L－1，因为c(OH－)>c(H＋)，所以溶液呈碱性；NaOH溶液中由水电离出来的c(OH－)等于溶液中的c(H＋)，即为1×10－7 mol·L－1。
(3)Zn与稀硫酸反应过程中，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。新制氯水中加入少量NaCl固体，平衡Cl2＋H2O??H＋＋Cl－＋HClO向左移动，溶液中c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。
(4)25 ℃时，0.1 mol·L－1的盐酸中c(H＋)与0.1 mol·L－1 NaOH溶液中c(OH－)相等，故两溶液中水的电离程度相等。同理0.1 mol·L－1 H2SO4和0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液中水的电离程度相等，0.1 mol·L－1 CH3COOH和0.1 mol·L－1氨水中水的电离程度几乎相等，酸溶液中c(H＋)越大或碱溶液中c(OH－)越大，水电离出的c(H＋)就越小，故6种溶液中水电离出的c(H＋)由大到小的关系为③＝④＞①＝⑤＞②＝⑥。
14．硫酸是中学阶段常见的强酸之一。对于常温下0.05 mol·L－1 H2SO4溶液。
(1)若将溶液温度升高到100 ℃，溶液中的c(OH－)＝1×10－11 mol·L－1，则100 ℃时水的离子积是________。
(2)该溶液中硫酸电离出的c(H＋)与水电离出的c(H＋)之比为________。
(3)将该溶液放入烧杯中滴入几滴酚酞，插入两个电极与直流电源连接形成闭合回路。
①向烧杯中逐滴加入同浓度的氢氧化钡，灯泡逐渐变暗，后熄灭。该过程中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
②向熄灭后的烧杯中再逐滴加入氢氧化钡溶液，观察到灯泡逐渐变亮，还观察到溶液________，此过程中水的电离程度________(填“增大”“减小”或“不确定”)。
(4)将该H2SO4溶液加水稀释，水的电离平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
答案　(1)1×10－12　(2)1012∶1
(3)①2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O
②变红色　减小　(4)向右
解析　(1)100 ℃时，溶液中的c(H＋)＝0.05 mol·L－1×2＝0.1 mol·L－1，水电离产生的c(OH－)＝1×10－11 mol·L－1，所以100 ℃时水的离子积为Kw＝0.1×1×10－11＝1×10－12。
(2)0.05 mol·L－1 H2SO4溶液中硫酸电离出的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，水电离出的c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－13 mol·L－1，两者之比为(10－1 mol·L－1)∶(10－13 mol·L－1)＝1012∶1。
(3)①向硫酸中逐滴加入同浓度的氢氧化钡，灯泡逐渐变暗，后熄灭，是因为两者反应生成了难溶的BaSO4和弱电解质水，溶液中几乎没有自由移动的离子，该过程中反应的离子方程式为2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O。②向熄灭后的烧杯中再逐滴加入氢氧化钡溶液，此时Ba(OH)2电离出Ba2＋和OH－，自由移动的离子浓度增大，导电性增强，所以灯泡变亮，同时Ba(OH)2为强碱，与H2SO4反应后显中性，再滴加Ba(OH)2溶液，溶液显碱性，酚酞遇碱变红色，所以还能观察到溶液变红色。Ba(OH)2溶液能抑制水的电离，所以水的电离程度减小。
(4)将H2SO4溶液稀释，该过程中溶液内由硫酸电离产生的c(H＋)变小，对水的电离抑制程度变小，水的电离程度增大。

展开更多......

收起↑