高三化学总复习 专题攻略 之水溶液中的离子平衡 二、 水的电离和溶液的酸碱性（含解析）

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水的电离和溶液的酸碱性 【高考预测】 1. （★★★）水的电离和水的离子积，溶液酸碱性与c(H＋)、c(OH－)、 KW的关系。 2. （★）酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。 3. （★★）一元强酸与一元弱酸的比较 锁定高考 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2，下列说法正确的是（ ） A．升高温度，可能引起有c向b的变化 B．该温度下，水的离子积常数为1.010-13 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 【答案】C 2．（2014山东）已知某温度下CH3COOH和NH3•H2O 的电离常数相等，现向10mL浓度为0.1mol•L‾1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水，在滴加过程中 A．水的电离程度始终增大 B．c（NH4+）/c（NH3•H2O）先增大再减小 C．c（CH3COOH）与c（CH3COO‾）之和始终保持不变 D．当加入氨水的体积为10mL时，c(NH4+)=c(CH3COO‾) 【答案】D 夯实基础 1．水的电离 (1) 水的电离方程式． 水是一种极弱的电解质，它能像酸一样电离出极少量的H＋，又能像碱一样电离出少量的OH－(这叫做水的自偶电离)。水的电离方程式可表示为：H2O + H2O H3O＋ + OH－，简写为：H2OH＋ + OH－ (2) 水的离子积KW． 一定温度下，水的电离常数为： 即c(H＋)c(OH－)＝Kc(H2O) 设水的密度为1 gcm3，则1 L H2O＝1 000 mL H2O＝1 000 gH20＝55.6 mol，即H2O的起始浓度为55.6 molL－1．由于水是极弱的电解质，它电离时消耗的水与电离前相比，可忽略不计．例如，25℃时，1 LH2O中已电离的H2O为10－7mol，所以c(H2O)≈55.6 molL－1，即Kc(H2O)为一常数，这个新的常数叫做水的离子积常数，简称水的离子积，表示为： c(H＋)c(OH－)＝KW 【名师点拨】 ① 一定温度下，由于KW为一常数，故通常不写单位，如25℃时KW＝110－14。 ② KW只与温度有关，与溶液的酸碱性无关．温度不变，KW不变；温度变化，KW也发生变化。 ③ 由于水的电离过程是吸热过程，因此温度升高时，纯水中的c(H＋)、c(OH－)同时增大，KW也随着增大．例如 25℃时，c(H’)＝(OH－)＝110－7 molL－1 ，KW＝110－14 100℃时，c(H’)＝(OH－)＝110－6 molL－1 ，KW＝110－12 但由于c(H＋)与c(OH－)始终保持相等，故仍显中性． ④ 在任何以水为溶剂的溶液中都存在H＋和OH－，它们既相互依存，又相互制约．当溶液中的c(H＋)增大时，c(OH－)将减小；反之，当溶液中的c(OH－)增大时，c(H＋)则必然减小．但无论在中性、酸性还是碱性溶液中，在一定温度下，c(H＋)与c(OH－)的乘积(即KW)仍是不变的，也就是说，KW不仅适用于纯水，也适用于任何酸、碱、盐的稀溶液．只要温度相同，不论是在纯水中，还是在酸、碱、盐的水溶液中，KW都是相同的． ⑤ 一定温度下，不论是纯水中，还是在酸、碱、盐的水溶液中，由H2O电离产生的c(H＋)与c(OH－)总是相等的．如25℃时，0.1 molL－1的盐酸中，c水(H＋)＝c(OH－)＝＝110－13 molL－1． ⑥ 水的电离平衡遵循勒夏特列原理．例如，向纯水中加入酸或碱，均使水的电离平衡逆向移动(即酸或碱抑制水的电离)；向水中投入活泼金属如钠等，由于金属与水电离产生的H＋直接作用而促进水的电离． 2．影响Kw的因素 Kw与溶液中H+]、OH—]无关，与湿度有关。 水的电离为吸热过程，所以当湿度升高时，水的电离程度增大，Kw也增大。 例如100℃，1LH2O有10—6mol电离，此时水的离子积常数为Kw=10—610—6=10—12. 3．影响水的电离平衡因素 （1）湿度，升湿度促进水的电离，降温则相反 （2）向纯水中引入H+或OH—，会抑制水的电离 （3）向纯水中引入弱酸酸根阴离子或弱碱阳离子，将促进水的电离，此乃为盐类水解的实质。 4. 溶液的酸碱性的实质： 任何水溶液中都存在水的电离，因此都含有H＋和OH－．一种溶液是显酸性、中性还是碱性，是由该溶液中的c(H＋)与c(OH－)的相对大小来决定的。 酸性溶液：c(H＋)＞c(OH－) 中性溶液：c(H＋)＝c(OH－) 碱性溶液：c(H＋)＜c(OH－) 例如：25℃时，因为KW＝110－14，所以： 中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝110－7 molL－1 酸性溶液：c(H＋)＞110－7 molL－1，c(OH－)＜110－7 molL－1 碱性溶液：c(H＋)＜110－7 molL－1，c(OH－) ＞110－7 molL－1 100℃时，因为KW＝110－12，所以： 中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)＝110－6 molL－1 酸性溶液：c(H＋)＞110－6 molL－1，c(OH－)＜110－6 molL－1 碱性溶液：c(H＋)＜110－6 molL－1，c(OH－) ＞110－6 molL－1 重难突破 一. 溶液酸碱性与c(H＋)、c(OH－)、 KW的关系： 25℃时 溶液 c(H＋) （molL－1） c(OH－) （molL－1） c(H＋)与c(OH－)的关系 KW 酸性溶液 ＞110－7 ＜110－7 c(H＋)＞c(OH－) ＝110－14 中性溶液 ＝110－7 ＝110－7 c(H＋)＝c(OH－) 碱性溶液 ＜110－7 ＞110－7 c(H＋)＜c(OH－) 二. 酸、碱、盐溶液中水电离的定量计算。（列表比较如下：） c(H＋)水与c(OH－)水关系 x的计算式 室温x值 对水电离影响 纯 水 c(H＋)水=c(OH－)水 x= x=110—7mol/L 酸溶液 x=KW/ c(H＋) x＜110—7mol/L 抑制 碱溶液 x=KW/ c(OH－) 注c(H＋)水、c(OH－)水指水电离出的H+、OH—浓度 由上表可得重要规律： （1）在任意湿度、任意物质的水溶液中（含纯水）的水本身电离出的c(H＋)水≡c(OH－)水 （2）酸和碱对水的电离均起抑制作用 ① 只要碱的pH值相等（不论强弱、不论几元）对水的抑制程度相等，碱也同理。 ② 若酸溶液的pH值与碱溶液的pOH值相等，则两种溶液中水的电离度相等。 如pH=3的盐酸溶液与pH=11的氨水溶液在室温下，由水电离出的 c(H＋)水=c(OH－)水==10—11mol/L 三. 一元强酸与一元弱酸的比较： 1. 浓度相同、体积相同的一元强酸与一元弱酸的比较 c(H＋) pH 与金属 V开始 与金属反应 V过程 产生H2 的量 中和碱的量 加水稀释后PH同 加相同水稀释后PH HCl 大 小 快 快 相 同 相 同 多 小 HAc 小 大 慢 慢 少 大 2. pH相同的一元强酸与一元弱酸的比较： c(H＋) C 与金属V开始 与金属V过程 产生H2 的量 中和碱的量 加水稀释后PH同 加相同水稀释后PH HCl 同 小 相 同 慢 少 少 少 大 HAc 大 快 多 多 多 小 典例1 今有① 盐酸、② 醋酸、③ 硫酸三种稀溶液，用序号回答下列问题。 (1) 若三种酸的物质的量浓度相等： a．三种溶液中的c(H＋)大小关系为________。 b．取等体积上述三种溶液，分别用同浓度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液体积大小关__。 c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，消耗三种酸的体积大小关系为_。 (2) 若三种溶液的c(H＋)相等： a．三种酸的物质的量浓度大小关系为_______。 b．取等体积上述三种溶液，分别用同浓度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液体积大小关系_。 c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，消耗三种酸的体积大小关系为 。 【答案】：(1) a. ③>①>②　b．③>①＝②　c．①＝②>③ (2) a. ②>①>③　b．②>①＝③　c．①＝③>② 【解析】（1）三种酸的物质的量相等，a．盐酸是一元强酸、硫酸是二元强酸、醋酸是一元弱酸，相同浓度的这三种酸c（H+）大小关系为：③＞①＞②；b．消耗相同浓度NaOH溶液体积与酸的物质的量和元数成正比，相同浓度相同体积的三种酸，其物质的量相等，所以消耗相同浓度NaOH体积大小关系为③＞①=②；c．若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应，使Zn恰好完全反应时，酸的浓度越大，体积越小，所以消耗三种酸的体积大小关系为①=②＞③； 【名师点拨】 ⑴ 电解质的强弱是由物质的内部结构决定，与外界因素无关，关键是看在水溶液中是否完全电离。 ① 与溶解性无关。例如：BaSO4等虽难溶于水，但溶于水的部分却能完全电离，是强电解质。醋酸能与水互溶但不能完全电离，是弱电解质。 ② 与溶液的导电性无必然联系，溶液的导电性与溶液中的离子浓度、离子所带电荷有关，强电解质溶液的导电能力不一定强。 ⑵ 酸(或碱)无论强弱，中和碱(或酸)的能力是相同的，在计算时应按酸(或碱)的物质的量浓度计算或判断，而不能依据其电离的c(H＋)进行计算或判断。 跟踪训练 1．今有室温下四种溶液，有关叙述不正确的是(　　) 序号 ① ② ③ ④ pH 11 11 3 3 溶液 氨水 氢氧化钠溶液 醋酸 盐酸 A.③④中分别加入适量的醋酸钠晶体后，两溶液的pH均增大 B．②③两溶液等体积混合，所得溶液中：c(H＋)>c(OH－) C．分别加水稀释10倍，四种溶液的pH：①>②>④>③ D．V1 L④与V2 L①溶液混合后，若混合后溶液pH＝7，则V1c(ClO－)>c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H＋) B．向NaClO溶液中通入少量二氧化碳的离子方程式为2ClO－＋CO2＋H2O===2HClO＋CO C．图像中a、c两点处的溶液中相等(HR代表CH3COOH或HClO) D．图像中a点酸的总浓度大于b点酸的总浓度 4．（2014课标Ⅱ）一定温度下，下列溶液的离子浓度关系式正确的是 A．pH=5的H2S溶液中，c(H+)= c(HS－)=110—5 molL—1 B．pH=a的氨水溶液，稀释10倍后，其pH=b，则a=b+1 C．pH=2的H2C2O4溶液与pH=12的NaOH溶液任意比例混合： c(Na＋)+ c(H＋)= c(OH－)+c( HC2O4－) D．pH相同的① CH3COONa ② NaHCO3 ③ NaClO三种溶液的c(Na＋)：①＞②＞③ 5．在一定温度下，有a.盐酸　b．硫酸c．醋酸三种酸： (1) 当三种酸物质的量浓度相同时，c(H＋)由大到小的顺序是(用序号表示，下同)________。 (2) 同体积、同物质的量浓度的三种酸，中和NaOH的能力由大到小的顺序是________。 (3) 若三者c(H＋)相同时，物质的量浓度由大到小的顺序是________。 (4) 当三者c(H＋)相同且体积也相同时，分别放入足量的锌，相同状况下产生气体的体积由大到小的顺序是________。 (5) 当三者c(H＋)相同且体积也相同时，同时加入形状、密度、质量完全相同的锌，若产生相同体积的H2(相同状况)，则开始时反应速率的大小关系为________，反应所需时间的长短关系是________。 (6) 将c(H＋)相同的三种酸均加水稀释至原来的100倍后，c(H＋)由大到小的顺序是________。 1. 【答案】D 【解析】醋酸钠溶液显碱性，A正确，也可以从平衡移动角度分析，CH3COONa电离出的 CH3COO－：a.与盐酸中的H＋结合生成CH3COOH；b.使醋酸中平衡CH3COOHCH3COO－＋H＋左移，两溶液中H＋浓度均减小，所以pH均增大；假设③、②均是强酸强碱，且物质的量浓度相同，等体积混合后溶液呈中性，但③醋酸是弱酸，其浓度远远大于②，即混合后醋酸过量，溶液显酸性c(H＋)>c(OH－)，B正确；分别加水稀释10倍，假设平衡不移动，那么①②溶液的pH均为10，但稀释氨水使平衡NH3H2ONH＋OH右移，使①pH>10，同理醋酸稀释后pH<4，C正确；假设④、①均是强酸、强碱，混合后溶液呈中性，V1＝V2，但①氨水是碱，其浓度远远大于④，所以需要的①氨水少，即V1>V2，D错误。 2. 【答案】B 3. 【答案】C 【解析】根据表中电离常数可知：酸性由强至弱的顺序为CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO，结合质子的能力由大到小的顺序为CO>ClO－>HCO>CH3COO－。A项，ClO－的水解程度大于CH3COO－的水解程度，同浓度CH3COONa和NaClO的混合液中，各离子浓度的大小关系应是c(Na＋)>c(CH3COO－)>c(ClO－)>c(OH－)>c(H＋)，错误；B项，CO结合质子的能力大于ClO－结合质子的能力，离子方程式应为ClO－＋CO2＋H2O===HClO＋HCO，错误；变形为 ，该式即为，温度相同，则该式的值相等，正确；D项，CH3COOH的酸性强于HClO，pH相同时，HClO的浓度大于CH3COOH的浓度，错误。 4.【答案】D 5. 【答案】(1) b>a>c　(2) b>a＝c　(3) c>a>b(或c>a＝2b)　(4) c>a＝b　(5)a＝b＝c　a＝b>c(6) c>a＝b 【解析】解答本题要注意以下三点： (1) HCl、H2SO4都是强酸，但H2SO4是二元酸。 (2) CH3COOH是弱酸，在水溶液中不能完全电离。 (3) 醋酸溶液中存在CH3COOHCH3COO－＋H＋的电离平衡。 (1) 当三种酸C相同时，b硫酸的C（H+）是a盐酸C（H+）两倍，c.醋酸是弱酸，电离出C（H+）最少。所以b>a>c （2）V，C同，则n同，n（H）是b=2a=2c 即b>a=c （3）C（H+）同，与（1）正好相反应，所以 c>a>b （4）C（H+）同V同, 则弱酸C的浓度最大,与Zn反应放出H2最多;而a,b都是强酸,全部电离出C(H+)相同,所以与Zn反应放出H2同,故c>a=b (5) 因为C(H+)同,所以开始反应速率 a=b=c; 因为c醋酸是弱酸,反应中还能电离出C(H+),所以所用时间最短,强酸全部电离出C(H+),并相同,所以a=b>c (6)C(H+)同,加水稀释至原来的100倍后, 强酸变化大,弱酸变化小,所以 c>a=b.