鲁科版 (2019)选择性必修1第1节 水与水溶液第1课时学案

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第1课时 水的电离
eq \a\vs4\al(水的电离)
[情境素材]
Mg与滴有酚酞的冷水和热水的反应
[情境探究]
1．两支试管中分别有什么现象？为什么？
提示：盛冷水的试管中：镁带表面有少量气泡产生，在镁带周围溶液变为极浅的红色；盛热水的试管中：镁带表面有大量气泡产生，溶液变为红色。由于温度升高使水的电离平衡正向移动，c平(H＋)增大，所以化学反应速率增大。
2．两支试管中c平(OH－)、c平(H＋)是定值吗？两支试管中c平(OH－)、c平(H＋)相等吗？
提示：c平(OH－)、c平(H＋)是定值，但不相等。
3．当温度升高时，KW如何变化？影响KW的因素是什么？(水的电离是吸热过程)
提示：温度越高，KW越大，水的电离程度越大。对于中性水，尽管KW和电离程度增大，但仍是中性水，c平(H＋)＝c平(OH－)。水的离子积常数只受温度的影响。
4．只有在纯水中，才能使用KW＝c平(H＋)·c平(OH－)吗？
提示：KW不仅适用于纯水，还适用于酸、碱及盐的稀溶液，且由水电离出的c平(H＋)水＝c平(OH－)水。
5．影响水的电离平衡的因素有哪些？
提示：温度、酸、碱及活泼金属等。
1．纯水和其他物质稀的水溶液(如酸、碱、盐水溶液)中都存在KW＝c平(H＋)·c平(OH－)，25 ℃时KW＝1.0×10－14 ml2·L－2。
2．外界条件对水的电离平衡的影响
[名师点拨] KW表达式中，c平(H＋)和c平(OH－)是指整个溶液中的c平(H＋)和c平(OH－)，并不仅仅指由水电离产生的。但是有下列情况：酸溶液中，KW＝c平(H＋)酸·c平(OH－)水(忽略水电离出的H＋的浓度)；碱溶液中，KW＝c平(H＋)水·c平(OH－)碱(忽略水电离出的OH－的浓度)。
1．常温下，在0.1 ml·L－1 CH3COOH溶液中，水的离子积的数值是( )
A．1.0×10－14 B．1.0×10－13
C．1.32×10－14 D．1.32×10－15
解析：选A 水的离子积只与温度有关，与溶液的酸、碱性无关。常温下，KW＝1.0×10－14 ml2·L－2。
2．向纯水中加入少量冰醋酸，温度不变，则下列叙述正确的是( )
A．c平(OH－)增大
B．c平(H＋)减小
C．c平(OH－)与c平(H＋)之积增大
D．抑制了水的电离
解析：选D 冰醋酸溶于水电离出H＋，使溶液中c平(H＋)增大，抑制了水的电离，因为温度没变，故水的离子积不变，则c平(OH－)减小，故选D。
3．(1)某温度下的纯水中，c平(H＋)＝2.0×10－7 ml·L－1，此时溶液中c平(OH－)＝________ml·L－1。
(2)若温度不变，滴入稀盐酸使c平(H＋)＝5.0×10－6 ml·L－1，则c平(OH－)________ml·L－1。
解析：根据水的电离方程式：H2OH＋＋OH－，由水电离出的c平(H＋)和c平(OH－)始终相等，某温度下的纯水中，c平(H＋)＝c平(OH－)＝2.0×10－7 ml·L－1，KW＝c平(H＋)·c平(OH－)＝2.0×10－7 ml·L－1×2.0×10－7 ml·L－1＝4.0×10－14(ml·L－1)2，温度不变，KW不变，当滴入稀盐酸使c平(H＋)＝5.0×10－6 ml·L－1时，则c平(OH－)＝eq \f(4.0×10－14（ml·L－1）2,5.0×10－6 ml·L－1)＝8.0×10－9 ml·L－1。
答案：(1)2.0×10－7
(2)8.0×10－9
eq \a\vs4\al(电解质在水溶液中的存在形态)
[实验] 探究四种电解质溶液的导电能力
在四个烧杯中分别盛有等体积、等浓度(0.5 ml·L－1)的盐酸、氨水、CH3COOH溶液、NaCl溶液，按下图装置连接仪器并接通电源，观察灯泡的亮度。
[问题探讨]
1．上述实验现象是什么？结论是什么？
提示：盛有盐酸、NaCl溶液的烧杯灯泡较亮，盛有氨水、CH3COOH溶液的烧杯灯泡较暗；在体积和浓度相同的条件下，盐酸、NaCl溶液的导电能力比氨水、CH3COOH溶液的导电能力强。
2．产生1中现象的原因是什么？
提示：在溶质浓度相同的情况下，溶液中离子浓度不同，灯泡较亮的溶液中的离子浓度大于灯泡较暗的溶液中的离子浓度。
3．强电解质溶液的导电能力一定比弱电解质溶液的导电能力强吗？
提示：不一定。与电解质溶液的浓度有关，稀的强电解质溶液也可能比浓度较大的弱电解质溶液的导电能力弱。
4．CaCO3难溶于水，其水溶液的导电能力很弱，CaCO3是弱电解质，正确吗？
提示：不正确。虽然CaCO3难溶于水，但其溶于水的部分在水中能完全电离，故CaCO3是强电解质。
1．强电解质与弱电解质的比较
2．电离方程式的书写
(1)强电解质一步完全电离，一步写出，用“===”；弱电解质用“”。
(2)多元弱酸分步部分电离，分步写出，用“”；
如H2SHS－＋H＋，HS－S2－＋H＋。
(3)多元弱碱分步部分电离，一步写出，用“”；
如Fe(OH)3Fe3＋＋3OH－。
(4)强酸酸式盐一步完全电离，用“===”；
如NaHSO4===Na＋＋H＋＋SOeq \\al(2－,4)。
(5)弱酸酸式盐分步电离，第一步完全电离出阳离子和弱酸酸根离子，用“===”，第二步弱酸酸根离子部分电离，用“”；如NaHCO3===Na＋＋HCOeq \\al(－,3)，HCOeq \\al(－,3)COeq \\al(2－,3)＋H＋。
(6)规范书写离子符号，要配平，满足元素守恒和电荷守恒。
小结：强等号弱可逆，多元弱酸分步写，多元弱碱一步写，弱酸酸式盐，强中还有弱。
[名师点拨]
(1)由于弱电解质在溶液中部分电离，所以写离子方程式时用“”符号。
(2)多元弱酸分步电离，以第一步电离为主。
(3)多元弱碱的电离与多元弱酸的电离情况相似，但常用一步电离表示。
1．下列物质在水溶液中的电离方程式书写正确的是( )
A．NaHSO4===Na＋＋HSOeq \\al(－,4)
B．HF===H＋＋F－
C．KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SOeq \\al(2－,4)
D．CH3COONH4CH3COO－＋NHeq \\al(＋,4)
解析：选C NaHSO4在水溶液中完全电离，即NaHSO4===Na＋＋H＋＋SOeq \\al(2－,4)；HF为弱电解质，部分电离，用“”；CH3COONH4为强电解质，完全电离用“===”。
2．下列说法正确的是( )
A．CO2的水溶液能导电，所以CO2是电解质
B．BaSO4不溶于水，其水溶液的导电能力极弱，所以BaSO4是弱电解质
C．液溴不导电，所以溴是非电解质
D．强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质溶液的导电能力强
解析：选D 因CO2＋H2OH2CO3，H2CO3电离出H＋和HCOeq \\al(－,3)，HCOeq \\al(－,3)又电离出H＋和COeq \\al(2－,3)，从而使溶液导电，而不是CO2自身电离，因此H2CO3是电解质，而CO2是非电解质，A错误；电解质强弱的划分是根据其电离的程度，而不是根据其溶解度的大小，BaSO4的溶解度很小，但溶于水的部分能完全电离，所以BaSO4是强电解质，但其溶液的导电能力差，B错误；电解质和非电解质都是化合物，液溴是单质，C错误；电解质溶液导电能力的强弱与溶液中自由移动的离子的浓度以及离子所带的电荷数多少有关，所以强电解质溶液的导电能力不一定比弱电解质溶液的导电能力强，D正确。
3．在电解质溶液的导电性实验(装置如图所示)中，若向某一电解质溶液中逐滴加入另一溶液，则灯泡由亮变暗，至熄灭后又逐渐变亮的是( )
A．盐酸中逐滴加入氢氧化钠溶液
B．醋酸溶液中逐滴加入氨水溶液
C．硫酸中逐滴加入氢氧化钡溶液
D．盐酸中逐滴加入硝酸银溶液
解析：选C 盐酸中逐滴加入氢氧化钠溶液，由于溶液中存在Na＋和Cl－，故灯泡不会熄灭，A项不符合题意；醋酸溶液中逐滴加入氨水溶液，溶液中有强电解质醋酸铵生成，故灯泡会由暗变亮，B项不符合题意；硫酸中逐滴加入氢氧化钡溶液，二者完全反应时生成BaSO4沉淀和水，灯泡熄灭，再加入氢氧化钡溶液，灯泡又逐渐变亮，C项符合题意；盐酸中逐滴加入硝酸银溶液，溶液中存在H＋和NOeq \\al(－,3)，灯泡不会熄灭，D项不符合题意。
eq \a\vs4\al(归纳与论证能力)
(1)向水中加入0.1 ml·L－1盐酸，水的电离平衡向________方向移动。
(2)25 ℃时，0.1 ml·L－1盐酸中，c平(H＋)＝______ml·L－1，c平(OH－)＝________ml·L－1，水电离出的c平(H＋)水＝________ml·L－1。
提示：(1)酸会抑制水的电离。(2)加入盐酸，抑制水的电离，水电离出的c平(H＋)水可忽略不计，溶液中c平(H＋)＝0.1 ml·L－1，溶液中的c平(OH－)＝eq \f(1.0×10－14 ml2·L－2,0.1 ml·L－1)＝1.0×10－13 ml·L－1，水电离出的c平(H＋)水＝c平(OH－)溶＝1.0×10－13 ml·L－1。
水电离出的c平(H＋)和c平(OH－)的计算
(1)稀酸溶液中，c平(OH－)来源于水的电离，因此水电离出的c平(H＋)水＝c平(OH－)＝eq \f(KW,c平（H＋）)。
(2)稀碱溶液中，c平(H＋)来源于水的电离，因此水电离出的c平(OH－)水＝c平(H＋)＝eq \f(KW,c平（OH－）)。
1．25 ℃在0.01 ml·L－1 H2SO4溶液中由水电离出的c平(H＋)是( )
A．5×10－13 ml·L－1 B．0.02 ml·L－1
C．1×10－7 ml·L－1 D．1×10－12 ml·L－1
解析：选A 25 ℃时，0.01 ml·L－1 H2SO4溶液中c平(H＋)酸＝0.02 ml·L－1，溶液中存在c平(H＋)酸·c平(OH－)水＝KW，则c平(H＋)水＝c平(OH－)水＝eq \f(1.0×10－14,0.02) ml·L－1＝5×10－13 ml·L－1，故选A。
2．相同温度的下列溶液：①0.1 ml·L－1硫酸
②0.01 ml·L－1 NaOH溶液，其中由水电离产生的c平(H＋)之比为( )
A．1∶1 B．1∶10 C．1∶20 D．20∶1
解析：选C 0.1 ml·L－1H2SO4溶液中c平(H＋)＝0.2 ml·L－1，0.01 ml·L－1 NaOH溶液中c平(OH－)＝0.01 ml·L－1；H2SO4溶液中的OH－来源于H2O的电离，NaOH溶液中的H＋来源于H2O的电离，二者溶液中KW相等，则有0.2 ml·L－1×c平(OH－)水＝0.01 ml·L－1×c平(H＋)水，推知eq \f(c平（OH－）水,c平（H＋）水)＝eq \f(0.01 ml·L－1,0.2 ml·L－1)＝eq \f(1,20)。
[分级训练·课课过关]________________________________________________________
1．关于水的离子积常数，下列说法不正确的是( )
A．蒸馏水中，c平(H＋)·c平(OH－)＝1×10－14 ml2·L－2
B．纯水中，25 ℃时，c平(H＋)·c平(OH－)＝1×10－14 ml2·L－2
C．25 ℃时，任何以水为溶剂的稀溶液中，c平(H＋)·c平(OH－)＝1×10－14 ml2·L－2
D．KW随温度升高而增大
解析：选A KW只与温度有关，升高温度，KW增大，25 ℃ 时，纯水和任何以水为溶剂的稀溶液中KW＝c平(H＋)·c平(OH－)＝1×10－14 ml2·L－2，A中未指明温度，关系式不一定成立。
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平(H＋)·c平(OH－)，所以KW随溶液中c平(H＋)和c平(OH－)的变化而变化
B．水的离子积KW与水的电离平衡常数K电离是同一个物理量
C．水的离子积常数仅仅是温度的函数，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
解析：选C 水的离子积常数KW＝K电离c平(H2O)。一定温度下K电离和c平(H2O)都是不变的常数，所以KW仅仅是温度的函数。水的离子积常数的表达式是KW＝c平(H＋)·c平(OH－)，但是只要温度一定，KW就是不变的常数。溶液中c平(H＋)变大，c平(OH－)就变小，反之亦然。
3．一定温度下，测得纯水中c平(OH－)＝2.5×10－7 ml·L－1，则c平(H＋)为( )
A．2.5×10－7 ml·L－1 B．1.0×10－7 ml·L－1
C.eq \f(1×10－14,2.5×10－7) ml·L－1 D．无法确定c(H＋)
解析：选A 在纯水中，H2OH＋＋OH－。因此，不论在什么情况下纯水中一定存在c平(H＋)＝c平(OH－)。
4．水的电离方程式为H2OH＋＋OH－，在25 ℃时KW＝1.0×10－14 ml2·L－2，在35 ℃时KW＝2.1×10－14 ml2·L－2，则下列叙述正确的是( )
A．KW随着温度的升高而减小
B．35 ℃时，c平(H＋)>c平(OH－)
C．35 ℃时水的电离程度比25 ℃时的小
D．水的电离是吸热过程
解析：选D 35 ℃时水的离子积大于25 ℃时水的离子积，说明KW随着温度的升高而增大；无论温度高低，纯水中c平(H＋)＝c平(OH－); 升高温度，水的电离程度增大，即水的电离是吸热过程。
5．某温度下，某NaOH稀溶液中c平(H＋)＝10－a ml·L－1，c平(OH－)＝10－b ml·L－1，已知a＋b＝13，请回答下列问题：
(1)该温度下水的离子积常数KW＝_______ ml2·L－2。
(2)该NaOH溶液中NaOH的物质的量浓度为______，该NaOH溶液中由水电离出的c平(OH－)为________。
(3)给该NaOH溶液加热，pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：(1)KW＝c平(H＋)·c平(OH－)＝10－a·10－b ml2·L－2＝10－(a＋b) ml2·L－2＝10－13 ml2·L－2。
(2)c(NaOH)＝c平(OH－)＝10－b ml·L－1；该溶液中c平(H＋)＝10－a ml·L－1，NaOH溶液中的H＋全部是水电离出来的，c平(H＋)水＝c平(OH－)水＝10－a ml·L－1。
(3)温度升高时，KW变大，所以c平(H＋)变大，pH变小。
答案：(1)10－13 (2)10－b ml·L－1 10－a ml·L－1 (3)变小
明课程标准
扣核心素养
1.认识水的电离。
2.了解水的离子积常数。
1.变化观念与平衡思想：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，会分析水的电离平衡移动。理解水的离子积常数，并能用于进行相关计算。
2.证据推理与模型认知：通过分析、推理等方法了解强、弱电解质的区别和弱电解质的电离特点，会书写常见弱电解质的电离方程式。
影响因素
水的电离平衡移动H2OH＋＋OH－
影响结果
方向
原因
KW
c平(H＋) 变化
c平(OH－) 变化
c平(H＋)与c平(OH－) 的关系
升温
右移
水的电离是吸热过程
增大
增大
增大
c平(H＋)＝c平(OH－)
降温
左移
减小
减小
减小
c平(H＋)＝c平(OH－)
加入酸
左移
增大c平(H＋)
不变
增大
减小
c平(H＋)> c平(OH－)
加入碱
左移
增大c平(OH－)
不变
减小
增大
c平(H＋)< c平(OH－)
加入活泼金属
右移
金属消耗水电离出的H＋
不变
减小
增大
c平(H＋)< c平(OH－)
类别
项目
强电解质
弱电解质
电离程度
完全电离
部分电离
化学键类型
离子键、共价键
共价键
电离过程
不可逆，用“===”表示
可逆，用“”表示
溶液中的
存在形式
水合离子
水合分子、水合离子
相同点
都是化合物，在溶液中都能电离，都能导电，与溶解度无关