高三化學總復習 專題攻略 之水溶液中的離子平衡 二、 水的電離和溶液的酸堿性（含解析）

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水的電離和溶液的酸堿性 【高考預測】 1. （★★★）水的電離和水的離子積，溶液酸堿性與c(H＋)、c(OH－)、 KW的關系。 2. （★）酸、堿、鹽溶液中水電離的定量計算。 3. （★★）一元強酸與一元弱酸的比較 鎖定高考 1．（2015廣東）一定溫度下，水溶液中H+和OH-的濃度變化曲線如圖2，下列說法正確的是（ ） A．升高溫度，可能引起有c向b的變化 B．該溫度下，水的離子積常數為1.010-13 C．該溫度下，加入FeCl3可能引起由b向a的變化 D．該溫度下，稀釋溶液可能引起由c向d的變化 【答案】C 2．（2014山東）已知某溫度下CH3COOH和NH3?H2O 的電離常數相等，現向10mL濃度為0.1mol?L￣1的CH3COOH溶液中滴加相同濃度的氨水，在滴加過程中 A．水的電離程度始終增大 B．c（NH4+）/c（NH3?H2O）先增大再減小 C．c（CH3COOH）與c（CH3COO￣）之和始終保持不變 D．當加入氨水的體積為10mL時，c(NH4+)=c(CH3COO￣) 【答案】D 夯實基礎 1．水的電離 (1) 水的電離方程式． 水是一種極弱的電解質，它能像酸一樣電離出極少量的H＋，又能像堿一樣電離出少量的OH－(這叫做水的自偶電離)。水的電離方程式可表示為：H2O + H2O H3O＋ + OH－，簡寫為：H2OH＋ + OH－ (2) 水的離子積KW． 一定溫度下，水的電離常數為： 即c(H＋)c(OH－)＝Kc(H2O) 設水的密度為1 gcm3，則1 L H2O＝1 000 mL H2O＝1 000 gH20＝55.6 mol，即H2O的起始濃度為55.6 molL－1．由于水是極弱的電解質，它電離時消耗的水與電離前相比，可忽略不計．例如，25℃時，1 LH2O中已電離的H2O為10－7mol，所以c(H2O)≈55.6 molL－1，即Kc(H2O)為一常數，這個新的常數叫做水的離子積常數，簡稱水的離子積，表示為： c(H＋)c(OH－)＝KW 【名師點撥】 ① 一定溫度下，由于KW為一常數，故通常不寫單位，如25℃時KW＝110－14。 ② KW只與溫度有關，與溶液的酸堿性無關．溫度不變，KW不變；溫度變化，KW也發(fā)生變化。 ③ 由于水的電離過程是吸熱過程，因此溫度升高時，純水中的c(H＋)、c(OH－)同時增大，KW也隨著增大．例如 25℃時，c(H’)＝(OH－)＝110－7 molL－1 ，KW＝110－14 100℃時，c(H’)＝(OH－)＝110－6 molL－1 ，KW＝110－12 但由于c(H＋)與c(OH－)始終保持相等，故仍顯中性． ④ 在任何以水為溶劑的溶液中都存在H＋和OH－，它們既相互依存，又相互制約．當溶液中的c(H＋)增大時，c(OH－)將減?。环粗?，當溶液中的c(OH－)增大時，c(H＋)則必然減?。珶o論在中性、酸性還是堿性溶液中，在一定溫度下，c(H＋)與c(OH－)的乘積(即KW)仍是不變的，也就是說，KW不僅適用于純水，也適用于任何酸、堿、鹽的稀溶液．只要溫度相同，不論是在純水中，還是在酸、堿、鹽的水溶液中，KW都是相同的． ⑤ 一定溫度下，不論是純水中，還是在酸、堿、鹽的水溶液中，由H2O電離產生的c(H＋)與c(OH－)總是相等的．如25℃時，0.1 molL－1的鹽酸中，c水(H＋)＝c(OH－)＝＝110－13 molL－1． ⑥ 水的電離平衡遵循勒夏特列原理．例如，向純水中加入酸或堿，均使水的電離平衡逆向移動(即酸或堿抑制水的電離)；向水中投入活潑金屬如鈉等，由于金屬與水電離產生的H＋直接作用而促進水的電離． 2．影響Kw的因素 Kw與溶液中H+]、OH—]無關，與濕度有關。 水的電離為吸熱過程，所以當濕度升高時，水的電離程度增大，Kw也增大。 例如100℃，1LH2O有10—6mol電離，此時水的離子積常數為Kw=10—610—6=10—12. 3．影響水的電離平衡因素 （1）濕度，升濕度促進水的電離，降溫則相反 （2）向純水中引入H+或OH—，會抑制水的電離 （3）向純水中引入弱酸酸根陰離子或弱堿陽離子，將促進水的電離，此乃為鹽類水解的實質。 4. 溶液的酸堿性的實質： 任何水溶液中都存在水的電離，因此都含有H＋和OH－．一種溶液是顯酸性、中性還是堿性，是由該溶液中的c(H＋)與c(OH－)的相對大小來決定的。 酸性溶液：c(H＋)＞c(OH－) 中性溶液：c(H＋)＝c(OH－) 堿性溶液：c(H＋)＜c(OH－) 例如：25℃時，因為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 堿性溶液：c(H＋)＜110－7 molL－1，c(OH－) ＞110－7 molL－1 100℃時，因為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 堿性溶液：c(H＋)＜110－6 molL－1，c(OH－) ＞110－6 molL－1 重難突破 一. 溶液酸堿性與c(H＋)、c(OH－)、 KW的關系： 25℃時 溶液 c(H＋) （molL－1） c(OH－) （molL－1） c(H＋)與c(OH－)的關系 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－) 堿性溶液 ＜110－7 ＞110－7 c(H＋)＜c(OH－) 二. 酸、堿、鹽溶液中水電離的定量計算。（列表比較如下：） c(H＋)水與c(OH－)水關系 x的計算式 室溫x值 對水電離影響 純 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 堿溶液 x=KW/ c(OH－) 注c(H＋)水、c(OH－)水指水電離出的H+、OH—濃度 由上表可得重要規(guī)律： （1）在任意濕度、任意物質的水溶液中（含純水）的水本身電離出的c(H＋)水≡c(OH－)水 （2）酸和堿對水的電離均起抑制作用 ① 只要堿的pH值相等（不論強弱、不論幾元）對水的抑制程度相等，堿也同理。 ② 若酸溶液的pH值與堿溶液的pOH值相等，則兩種溶液中水的電離度相等。 如pH=3的鹽酸溶液與pH=11的氨水溶液在室溫下，由水電離出的 c(H＋)水=c(OH－)水==10—11mol/L 三. 一元強酸與一元弱酸的比較： 1. 濃度相同、體積相同的一元強酸與一元弱酸的比較 c(H＋) pH 與金屬 V開始 與金屬反應 V過程 產生H2 的量 中和堿的量 加水稀釋后PH同 加相同水稀釋后PH HCl 大 小 快 快 相 同 相 同 多 小 HAc 小 大 慢 慢 少 大 2. pH相同的一元強酸與一元弱酸的比較： c(H＋) C 與金屬V開始 與金屬V過程 產生H2 的量 中和堿的量 加水稀釋后PH同 加相同水稀釋后PH HCl 同 小 相 同 慢 少 少 少 大 HAc 大 快 多 多 多 小 典例1 今有① 鹽酸、② 醋酸、③ 硫酸三種稀溶液，用序號回答下列問題。 (1) 若三種酸的物質的量濃度相等： a．三種溶液中的c(H＋)大小關系為________。 b．取等體積上述三種溶液，分別用同濃度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液體積大小關__。 c．若取等質量Zn分別跟這三種溶液反應，使Zn恰好完全反應時，消耗三種酸的體積大小關系為_。 (2) 若三種溶液的c(H＋)相等： a．三種酸的物質的量濃度大小關系為_______。 b．取等體積上述三種溶液，分別用同濃度的NaOH溶液完全中和，所需NaOH溶液體積大小關系_。 c．若取等質量Zn分別跟這三種溶液反應，使Zn恰好完全反應時，消耗三種酸的體積大小關系為 。 【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）三種酸的物質的量相等，a．鹽酸是一元強酸、硫酸是二元強酸、醋酸是一元弱酸，相同濃度的這三種酸c（H+）大小關系為：③＞①＞②；b．消耗相同濃度NaOH溶液體積與酸的物質的量和元數成正比，相同濃度相同體積的三種酸，其物質的量相等，所以消耗相同濃度NaOH體積大小關系為③＞①=②；c．若取等質量Zn分別跟這三種溶液反應，使Zn恰好完全反應時，酸的濃度越大，體積越小，所以消耗三種酸的體積大小關系為①=②＞③； 【名師點撥】 ⑴ 電解質的強弱是由物質的內部結構決定，與外界因素無關，關鍵是看在水溶液中是否完全電離。 ① 與溶解性無關。例如：BaSO4等雖難溶于水，但溶于水的部分卻能完全電離，是強電解質。醋酸能與水互溶但不能完全電離，是弱電解質。 ② 與溶液的導電性無必然聯系，溶液的導電性與溶液中的離子濃度、離子所帶電荷有關，強電解質溶液的導電能力不一定強。 ⑵ 酸(或堿)無論強弱，中和堿(或酸)的能力是相同的，在計算時應按酸(或堿)的物質的量濃度計算或判斷，而不能依據其電離的c(H＋)進行計算或判斷。 跟蹤訓練 1．今有室溫下四種溶液，有關敘述不正確的是(　　) 序號 ① ② ③ ④ pH 11 11 3 3 溶液 氨水 氫氧化鈉溶液 醋酸 鹽酸 A.③④中分別加入適量的醋酸鈉晶體后，兩溶液的pH均增大 B．②③兩溶液等體積混合，所得溶液中：c(H＋)>c(OH－) C．分別加水稀釋10倍，四種溶液的pH：①>②>④>③ D．V1 L④與V2 L①溶液混合后，若混合后溶液pH＝7，則V1c(ClO－)>c(CH3COO－)>c(OH－)>c(H＋) B．向NaClO溶液中通入少量二氧化碳的離子方程式為2ClO－＋CO2＋H2O===2HClO＋CO C．圖像中a、c兩點處的溶液中相等(HR代表CH3COOH或HClO) D．圖像中a點酸的總濃度大于b點酸的總濃度 4．（2014課標Ⅱ）一定溫度下，下列溶液的離子濃度關系式正確的是 A．pH=5的H2S溶液中，c(H+)= c(HS－)=110—5 molL—1 B．pH=a的氨水溶液，稀釋10倍后，其pH=b，則a=b+1 C．pH=2的H2C2O4溶液與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三種溶液的c(Na＋)：①＞②＞③ 5．在一定溫度下，有a.鹽酸　b．硫酸c．醋酸三種酸： (1) 當三種酸物質的量濃度相同時，c(H＋)由大到小的順序是(用序號表示，下同)________。 (2) 同體積、同物質的量濃度的三種酸，中和NaOH的能力由大到小的順序是________。 (3) 若三者c(H＋)相同時，物質的量濃度由大到小的順序是________。 (4) 當三者c(H＋)相同且體積也相同時，分別放入足量的鋅，相同狀況下產生氣體的體積由大到小的順序是________。 (5) 當三者c(H＋)相同且體積也相同時，同時加入形狀、密度、質量完全相同的鋅，若產生相同體積的H2(相同狀況)，則開始時反應速率的大小關系為________，反應所需時間的長短關系是________。 (6) 將c(H＋)相同的三種酸均加水稀釋至原來的100倍后，c(H＋)由大到小的順序是________。 1. 【答案】D 【解析】醋酸鈉溶液顯堿性，A正確，也可以從平衡移動角度分析，CH3COONa電離出的 CH3COO－：a.與鹽酸中的H＋結合生成CH3COOH；b.使醋酸中平衡CH3COOHCH3COO－＋H＋左移，兩溶液中H＋濃度均減小，所以pH均增大；假設③、②均是強酸強堿，且物質的量濃度相同，等體積混合后溶液呈中性，但③醋酸是弱酸，其濃度遠遠大于②，即混合后醋酸過量，溶液顯酸性c(H＋)>c(OH－)，B正確；分別加水稀釋10倍，假設平衡不移動，那么①②溶液的pH均為10，但稀釋氨水使平衡NH3H2ONH＋OH右移，使①pH>10，同理醋酸稀釋后pH<4，C正確；假設④、①均是強酸、強堿，混合后溶液呈中性，V1＝V2，但①氨水是堿，其濃度遠遠大于④，所以需要的①氨水少，即V1>V2，D錯誤。 2. 【答案】B 3. 【答案】C 【解析】根據表中電離常數可知：酸性由強至弱的順序為CH3COOH>H2CO3>HClO>HCO，結合質子的能力由大到小的順序為CO>ClO－>HCO>CH3COO－。A項，ClO－的水解程度大于CH3COO－的水解程度，同濃度CH3COONa和NaClO的混合液中，各離子濃度的大小關系應是c(Na＋)>c(CH3COO－)>c(ClO－)>c(OH－)>c(H＋)，錯誤；B項，CO結合質子的能力大于ClO－結合質子的能力，離子方程式應為ClO－＋CO2＋H2O===HClO＋HCO，錯誤；變形為 ，該式即為，溫度相同，則該式的值相等，正確；D項，CH3COOH的酸性強于HClO，pH相同時，HClO的濃度大于CH3COOH的濃度，錯誤。 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】解答本題要注意以下三點： (1) HCl、H2SO4都是強酸，但H2SO4是二元酸。 (2) CH3COOH是弱酸，在水溶液中不能完全電離。 (3) 醋酸溶液中存在CH3COOHCH3COO－＋H＋的電離平衡。 (1) 當三種酸C相同時，b硫酸的C（H+）是a鹽酸C（H+）兩倍，c.醋酸是弱酸，電離出C（H+）最少。所以b>a>c （2）V，C同，則n同，n（H）是b=2a=2c 即b>a=c （3）C（H+）同，與（1）正好相反應，所以 c>a>b （4）C（H+）同V同, 則弱酸C的濃度最大,與Zn反應放出H2最多;而a,b都是強酸,全部電離出C(H+)相同,所以與Zn反應放出H2同,故c>a=b (5) 因為C(H+)同,所以開始反應速率 a=b=c; 因為c醋酸是弱酸,反應中還能電離出C(H+),所以所用時間最短,強酸全部電離出C(H+),并相同,所以a=b>c (6)C(H+)同,加水稀釋至原來的100倍后, 強酸變化大,弱酸變化小,所以 c>a=b.