第24讲：水的电离和溶液的酸碱性.doc

第24讲：水的电离和溶液的酸碱性
主备教师 王志刚
一．内容与解析
本节课复习的内容是水的电离和溶液的酸碱性，这一节的复习就是要从四个方面去以对本节进行复习。从水的电离这个问题开始，要清楚水的电离出的H+与OH-的积是一个定值且只由温度决定。溶液的pH＝－lg[c(H＋)]，而在解决混合溶液的计算时，要做到酸求C H+而碱要求C OH-。所以这一讲中难点就在于混合溶液的计算上。而在溶液的混合计算上，如果存在弱酸、弱碱的混合计算时，最终的PH值是无法计算的。而在强酸与强碱的混合计算时，就是要根据酸求C H+而碱求C OH-。的顺序来得出混合后的情况。
二．教学目标与解析
1．教学目标
1.了解水的电离、离子积常数。
2．了解溶液pH的定义。
3．了解测定溶液pH的方法，能进行pH的简单计算。
4．分析或处理实验数据，得出合理结论。
2．目标解析
1.了解水的电离、离子积常数。就是指水电离最终产生的是H+与OH- ，而水的KW只由温度来决定，在常温下是c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。
2．了解溶液pH的定义。就是指在一定温度时，由于水的电离平衡的存在，不仅是纯水，就是在酸性或碱性的稀溶液里，c(H＋)与c(OH－)的乘积总是一个常数。
3．了解测定溶液pH的方法，能进行pH的简单计算。就是指(1)对于c(H＋)很小的溶液，化学上常采取pH来表示溶液酸碱性的强弱。(2)pH＝－lg[c(H＋)]。
4．分析或处理实验数据，得出合理结论。就是指(1)滴定管的“0”刻度在仪器的上端，注入液体后，仰视读数数值偏大，俯视读数数值偏小。(2)滴定管读数时，可记录到小数点后两位，而量筒可记录到小数点后一位。(3)使用滴定管的第一步操作是查漏。(4)滴定时一般选用酚酞、甲基橙作指示剂，而不用石蕊(因变色不明显)。强酸滴定强碱或强碱滴定强酸，可选用酚酞或甲基橙作指示剂；强酸滴定弱碱，用甲基橙作指示剂(强酸弱碱盐水解呈酸性)；强碱滴定弱酸，用酚酞作指示剂(强碱弱酸盐水解呈碱性)。
三．问题诊断分析
本节中学生感到困难的地方就是PH值的计算，分析或处理实验数据，得出合理结论。就是进行中和滴定的正确操作和误差分析时要注意：(1)滴定管水洗后要再用待装液润洗2～3次。(2)锥形瓶水洗后不再用待装液润洗。(3)滴定管、量筒等量器读数原则：刻度在中间，液面和眼在两边，三点成一水平线。
四．教学条件支持
这节课主要是通过PPT这个手段，因为这样能加快复习的速度，节约复习的时间。在这节课中可以通过一个弱电解质的电解过程，来得出在电解质溶液中为什么电解质会在水溶液中电离成阴阳离子的。
五．教学过程
【复习过程】
问题一：水的电离
1.水的电离
水是一种很弱的电解质，只能微弱地电离出H＋和OH－，在通常情况下，我们一般认为水不导电。水电离的电离方程式为H2O＋H2OH3O＋＋OH－或H2OH＋＋OH－。
根据H2OH＋＋OH－，可以知道在纯水中H＋的浓度与OH－的浓度是相等的。
2．影响水的电离平衡的因素
(1)温度
因为水的电离是吸热过程，故升高温度，水的电离平衡向右移动。c(H＋)和c(OH－)同时增大，但因为由水电离出的c(H＋)和c(OH－)始终相等，故溶液呈中性。
(2)加入酸或碱
向纯水中加入酸(或碱)，由于酸(或碱)电离产生H＋(或OH－)，使水中c(H＋)[或c(OH－)]增大，水的电离平衡向左移动，达到新平衡时，溶液中c(H＋)[或c(OH－)]增大，水的电离程度减小。
(3)加入活泼金属
向纯水中加入活泼金属，如金属钠，由于活泼金属可与水电离产生的H＋直接发生置换反应，产生H2，使水的电离平衡向右移动。
(4)加入弱碱阳离子或弱酸根阴离子
由于弱碱阳离子与水电离出的OH－结合生成弱碱，弱酸根阴离子与水电离出的H＋结合生成了弱酸，从而使水中的c(OH－)或c(H＋)降低，破坏了水的电离平衡，使水的电离平衡向右移动，其电离程度增大。
总之，升高温度、加入极活泼的金属、加入弱碱阳离子或弱酸根阴离子，能促进水的电离；降低温度、加入酸或碱，能抑制水的电离。
说明：①外界条件改变，水的电离平衡发生移动，但任何时候水电离出的c(H＋)和c(OH－)总是相等的。
②只要温度不变，KW就不变。25℃时KW＝10－14适用于任何稀酸、稀碱或盐溶液。
3．水的离子积常数
对于纯水来说，在25℃时，1 L纯水中只有1×10－7mol H2O电离，根据水的电离方程式，我们可以知道，在纯水中c(H＋)＝1×10－7mol·L－1，c(OH－)＝1×10－7mol·L－1，所以，在25℃时，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14，通常把c(H＋)与c(OH－)的乘积用KW表示，叫做水的离子积常数，简称水的离子积。根据实验验证，在温度一定时，KW是一个常数。
友情提示：KW只与温度有关。因水的电离是吸热的，故温度越高，水的电离程度越大，c(H＋)＝c(OH－)>1×10－7mol/L，此时KW>10－14。
【例1】　(1)25 ℃时，水的电离达到平衡：H2OH＋＋OH－　ΔH>0，下列叙述正确的是(　B　)
A．向水中加入稀氨水，平衡逆向移动，c(OH－)降低
B．向水中加入少量固体硫酸氢钠，c(H＋)增大，KW不变
C．向水中加入少量固体CH3COONa平衡逆向移动，c(H＋)降低
D．将水加热，KW增大，pH不变
(2)将纯水加热至较高温度，下列叙述正确的是(　D　)
A．水的离子积变大、pH变小、呈酸性 B．水的离子积不变、pH不变、呈中性
C．水的离子积变小、pH变大、呈碱性 D．水的离子积变大、pH变小、呈中性
[点评]　由于H2OH＋＋OH－，在水溶液中，H＋与OH－同时存在，始终有c(H＋)＝c(OH－)，溶液的酸碱性取决于c(H＋)与c(OH－)的相对大小，而不取决于c(H＋)或c(OH－)的数值大小。
变式1　下列溶液：①pH＝0的盐酸　②0.5 mol/L的盐酸　③0.1 mol/L的氯化铵溶液　④0.1 mol/L的氢氧化钠溶液　⑤0.1 mol/L的氟化钠溶液，由水电离的H＋浓度由大到小的顺序正确的是(　B　)
A．①②③④⑤　B．③⑤④②① C．①②③⑤④ D．⑤③④①②
问题二：溶液的酸碱性
1.溶液的离子积常数
在一定温度时，由于水的电离平衡的存在，不仅是纯水，就是在酸性或碱性的稀溶液里，c(H＋)与c(OH－)的乘积总是一个常数。
2．溶液的酸碱性与c(H＋)、c(OH－)的关系
(1)常温时，在中性溶液里，c(H＋)＝c(OH－)＝1×10－7mol·L－1，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。
(2)常温时，在酸性溶液里，c(H＋)>c(OH－)，c(H＋)>1×10－7mol·L－1，c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14。
(3)常温时，在碱性溶液里，c(H＋)则溶液的酸性越弱。
【例2】　下列溶液肯定是酸性的是(　D　)
A．含H＋的溶液 B．能使酚酞显无色的溶液
C．pH<7的溶液 D．c(OH－)的酸碱性强弱的关系
pH越小，溶液酸性越强，pH每减小1，c(H＋)增大10倍；pH越大，溶液的碱性越强，pH每增加1，c(OH－)增大10倍。
3．pH测定方法
酸碱指示剂只能测出pH范围，一般不能准确测出pH，即只能测溶液酸碱性，不能测酸碱度。测pH可用pH试纸，这种试纸在使用时不能用水湿润，否则非中性溶液的pH的测定值比实际pH或大或小。使用时用玻璃棒蘸取未知溶液滴在pH试纸上与标准比色卡比色即可。精确测pH可使用pH计。
4．溶液pH的计算

方法总结：①求溶液pH的方法，可总结口诀如下：
酸按酸(H＋)，碱按碱(OH－)；同强相混直接算；异强相混看过量；无限稀释“7为限。
②若为弱酸或弱碱溶液，每稀释10n倍，pH变化则小于n个单位，无限稀释时，与上述情况相同。
【例3】　(1)下列叙述正确的是(　C　)
A．95 ℃纯水的pH<7，说明加热可导致水呈酸性 B．pH＝3的醋酸溶液，稀释至10倍后pH＝4
C．0.2 mol/L的盐酸，与等体积水混合后pH＝1
D．pH＝3的醋酸溶液与pH＝11的氢氧化钠溶液等体积混合后pH＝7
(2)室温时，将x mL pH＝a的稀NaOH溶液与y mL pH＝b的稀盐酸充分反应。下列关于反应后溶液pH的判断，正确的是(　D　)
A．若x＝y，且a＋b＝14，则pH>7 B．若10x＝y，且a＋b＝13，则pH＝7
C．若ax＝by，且a＋b＝13，则pH＝7 D．若x＝10y，且a＋b＝14，则pH>7
变式3　对于常温下pH为1的HNO3溶液，下列叙述正确的是(　AB　)
A．该溶液1 mL稀释至100 mL后，pH等于3
B．向该溶液中加入等体积、pH为13的氢氧化钡溶液恰好完全中和
C．该溶液中硝酸电离出的c(H＋)与水电离出的c(H＋)的比值为10－12
D．该溶液中水电离出的c(H＋)是pH为3的硝酸中水电离出的c(H＋)的100倍
问题四：酸碱中和滴定
1.原理：中和反应

(1)滴定管的“0”刻度在仪器的上端，注入液体后，仰视读数数值偏大，俯视读数数值偏小。
(2)滴定管读数时，可记录到小数点后两位，而量筒可记录到小数点后一位。
(3)使用滴定管的第一步操作是查漏。
(4)滴定时一般选用酚酞、甲基橙作指示剂，而不用石蕊(因变色不明显)。强酸滴定强碱或强碱滴定强酸，可选用酚酞或甲基橙作指示剂；强酸滴定弱碱，用甲基橙作指示剂(强酸弱碱盐水解呈酸性)；强碱滴定弱酸，用酚酞作指示剂(强碱弱酸盐水解呈碱性)。
3．操作步骤：(以0.1 mol/L的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液为例)
(1)查漏、洗涤、润洗。
(2)装液、赶气泡、调液面、注液(向锥形瓶中)。
(3)滴定：眼睛注视锥形瓶中溶液颜色的变化，当滴加到最后一滴，溶液颜色变化且半分钟内不变色即为滴定终点。
4．误差分析
用滴定法测待测液的浓度时，消耗标准溶液多，则结果偏高；消耗标准溶液少，则结果偏低。从计算式分析，当酸碱恰好中和时，有关系式：c标·V标·n标＝c待·V待·n待(c、V、n分别表示溶液物质的量浓度，溶液体积，酸或碱的元数)。故c待＝，由于c标、n标、V待、n待均为定值，所以c待的大小取决于V标的大小，V标大，则c待大，V标小，则c待小。以标准酸溶液滴定未知浓度的碱为例，常见的因操作不对而引起的误差：
①未用标准酸洗滴定管，则测量值偏高；
②滴定管尖嘴部分有气泡，滴定后消失，则测量值偏高；
③滴定前读数正确，滴定后俯视读数 则测量值偏低；
④滴定前读数正确，滴定后仰视读数，则测量值偏高；
⑤滴定前，用待测液洗锥形瓶，则测量值偏高；
⑥未用待测液洗移液管，则测量值偏低。
【例4】　实验室常利用甲醛法测定(NH4)2SO4样品中氮的质量分数，其反应原理为：
4NH＋6HCHO===3H＋＋6H2O＋(CH2)6N4H＋[滴定时，1 mol (CH2)6N4H＋与1 mol H＋相当]，然后用NaOH标准溶液滴定反应生成的酸。某兴趣小组用甲醛法进行了如下实验：
步骤Ⅰ　称取样品1.500 g。
步骤Ⅱ　将样品溶解后，完全转移到250 mL容量瓶中，定容，充分摇匀。
步骤Ⅲ　移取25.00 mL样品溶液于250 mL锥形瓶中，加入10 mL 20%的中性甲醛溶液，摇匀、静置5 min后，加入1～2滴酚酞试液，用NaOH标准溶液滴定至终点。按上述操作方法再重复2次。
(1)根据步骤Ⅲ填空：
①碱式滴定管用蒸馏水洗涤后，直接加入NaOH标准溶液进行滴定，则测得样品中氮的质量分数__________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
②锥形瓶用蒸馏水洗涤后，水未倒尽，则滴定时用去NaOH标准溶液的体积__________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
③滴定时边滴边摇动锥形瓶，眼睛应观察__________。
A．滴定管内液面的变化
B．锥形瓶内溶液颜色的变化
④滴定达到终点时，酚酞指示剂由________色变成________色。
(2)滴定结果如下表所示：
滴定次数
待测溶液的体积/mL
标准溶液的体积
滴定前刻度/mL
滴定后刻度/mL
1
25.00
1.02
21.03
2
25.00
2.00
21.99
3
25.00
0.20
20.20
若NaOH标准溶液的浓度为0.101 0 mol·L－1，则该样品中氮的质量分数为__________。
[答案]　(1)①偏高　②无影响　③B　④无　浅红　(2)18.85%
变式4　氧化还原滴定实验与中和滴定类似(用已知浓度的氧化剂溶液滴定未知浓度的还原剂溶液或反之)。
现有0.001 mol/LKMnO4酸性溶液和未知浓度的无色NaHSO3溶液。反应的离子方程式是2MnO＋5HSO＋H＋===2Mn2＋＋5SO＋3H2O。
填空完成以下问题：
(1)该滴定实验所需仪器有下列中的________。
A．酸式滴定管(50 mL)　B．碱式滴定管(50 mL)
C．量筒(10 mL)　D．锥形瓶　E．铁架台　F．滴定管夹　G．烧杯　H．白纸　I．胶头滴管　J．漏斗
(2)不用________(酸、碱)式滴定管盛放高锰酸钾溶液。试分析原因______________
(3)选何种指示剂，说明理由__________________________
(4)滴定前平视KMnO4液面，刻度为a mL，滴定后俯视液面刻度为b mL，则(b－a) mL比实际消耗KMnO4溶液体积________(多、少)。根据(b－a) mL计算得到的待测浓度，比实际浓度________(大、小)。
答案：(1)ADEFHG　(2)碱　高锰酸钾能腐蚀橡胶管
(3)不用指示剂，因为MnO―→Mn2＋时紫色褪去
(4)少　小
六．目标检测
1.(2010·北京市东城区期末)室温下，水的电离达到平衡：H2OH＋＋OH－。下列叙述正确的是(　　)
A．将水加热，平衡向正反应方向移动，KW不变
B．向水中加入少量盐酸，平衡向逆反应方向移动，c(H＋)增大
C．向水中加入少量NaOH固体，平衡向逆反应方向移动，c(OH－)降低
D．向水中加入少量 CH3COONa固体，平衡向正反应方向移动，c(OH－)＝c(H＋)
2．常温下，在pH＝12的某碱溶液中，由水电离出的c(OH－)为(　　)
A．1.0×10－7mol·L－1　　B．1.0×10－6mol·L－1
C．1.0×10－3mol·L－1 D．1.0×10－12mol·L－1
3．(2010·陕西省西安市质检)对水的电离平衡不产生影响的粒子是(　　)
A． B．13X3＋

4．现有常温下pH为2的盐酸，下列叙述正确的是(　　)
A．将10 mL该溶液稀释至100 mL后，pH小于3
B．向该溶液中加入等体积pH为12的氨水恰好完全中和，溶液显中性
C．该溶液中由水电离出的c(H＋)与c(OH－)的乘积为1×10－14
D．该溶液中盐酸电离出的c(H＋)与水电离出的c(H＋)之比为10101
5．(2010·福建省厦门市质检)某研究小组为测定食用白醋中醋酸的含量进行了如下操作，其中正确的是(　　)
A．用碱式滴定管量取一定体积的待测白醋放入锥形瓶中
B．称取4.0 g NaOH到100 mL容量瓶加水至刻度，配成1.00 mol·L－1 NaOH标准溶液
C．用NaOH溶液滴定白醋，使用酚酞作指示剂溶液颜色恰好由无色变为浅红色，且半分钟内不褪色时，为滴定终点
D．滴定时眼睛要注视着滴定管内NaOH溶液的液面变化，防止滴定过量
6．在t℃时，某NaOH稀溶液中，c(H＋)＝10－amol·L－1，c(OH－)＝10－bmol·L－1，已知a＋b＝12，则
(1)该温度下水的离子积常数KW＝__________。
(2)该NaOH溶液的物质的量浓度的精确值是__________mol·L－1。
(3)在该温度下，将100 mL 0.1 mol·L－1的稀硫酸与100 mL 0.4 mol·L－1的NaOH溶液混合后，溶液的pH＝__________。
答案：1.B 2.D 3.C 4.D 5.C 6.(1)10－12　(2)10－b－10－a　(3)11
七．教学小结
本节课复习的主要内容是：1水的电离，水的离子积常数
2 简单的PH值的计算
3分析或处理实验数据，得出合理结论。

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