高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三章 水溶液中的离子反应与平衡第二节 水的电离和溶液的pH教案配套ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三章 水溶液中的离子反应与平衡第二节 水的电离和溶液的pH教案配套ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了H2O，H++OH-，3特点，水的离子积常数，2结论，2pH，课堂回眸等内容，欢迎下载使用。

一、水的电离1.水的电离(1)电离方程式: H2O+H2O H3O++OH-,简写为___ _____________。(2)电离常数K电离=____________。
【想一想】水的离子积Kw=c(H+)·c(OH-)的公式中,c(H+)和c(OH-)就是水电离出的c(H+)和c(OH-),正确吗?为什么?提示:水的离子积表达式Kw=c(H+)·c(OH-)中的c(H+)和c(OH-)均表示溶液中的c(H+)和c(OH-),不一定只是水电离出的c(H+)和c(OH-)。
二、溶液的酸碱性与pH1.溶液的酸碱性(1)讨论探究(常温下,利用平衡移动原理分析完成下表):
【巧判断】(1)100 ℃的纯水中c(H+)=1×10-6 ml·L-1,此时水呈酸性。(　　)提示:×。100 ℃时KW=10-12,纯水中c(H+)=c(OH-)=10-6 ml·L-1,溶液显中性。
(2)任何温度下,利用H+和OH-浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性。(　　)提示:√。唯有利用c(H+)和c(OH-)的相对大小判断溶液的酸碱性不受温度的影响。
2.溶液的pH(1)c(H+)、pH与溶液酸碱性的关系25 ℃时,溶液中c(H+)、pH与酸碱性的关系如图所示:
(3)溶液酸碱性的测量①pH试纸
②pH计pH计精确度高,可直接从仪器中读数。(4)pH的应用
【想一想】pH等于0的溶液是酸性最强的溶液,pH等于14的溶液是碱性最强的溶液,对吗?提示:不对。pH等于0的溶液中c(H+)=1 ml·L-1,酸性不是最强的溶液;pH等于14的溶液c(OH-)=1 ml·L-1,不是碱性最强的溶液。
【情境思考】在家中用鱼缸养殖热带鱼,除了注意控制水温外,还要控制水的酸碱性,市面上有一种pH测试仪,可以用手机连接上app矫正pH,非常方便。
用pH试纸能否测得图中pH安全范围的数据?常温下,当pH为5.80时,溶液显什么性,溶液中c(H+)是多少?提示:pH试纸只能测得整数值;pH=5.80<7,,溶液显酸性,由pH=-lg c(H+)得,c(H+) =1.0×10-5.8 ml·L-1。
知识点一　水的电离与Kw【重点释疑】1.影响水电离的因素
2.理解Kw应注意的几个问题(1)Kw揭示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。(2)Kw只与温度有关。因为水的电离是吸热过程,所以温度升高,有利于水的电离,Kw增大,如100 ℃,Kw=5.5×10-13。但是在室温下,Kw为1.0×10-14。
(3)Kw不仅适用于纯水,还适用于酸、碱的稀溶液,且由水电离的c水(H+)=c水(OH-)。此时,水溶液中水的离子积常数不变。
【思考·讨论】(1)甲同学认为,在水中加入H2SO4,水的电离平衡向左移动,解释是加入H2SO4后c(H+)增大,平衡左移。乙同学认为,加入H2SO4后,水的电离平衡向右移动,解释为加入H2SO4后,c(H+)浓度增大,H+与OH-中和,平衡右移。你认为哪种说法正确?并说明原因。水的电离平衡移动后,溶液中c(H+)·c(OH-)是增大还是减小?
提示:甲正确,温度不变,Kw是常数,加入H2SO4,c(H+)增大,c(H+)·c(OH-)>Kw,平衡左移。c(H+)·c(OH-)不变,因为Kw仅与温度有关,温度不变,则Kw不变,与外加酸、碱、盐无关。
(2)在室温下,0.01 ml·L-1的盐酸溶液中,c(OH-)是多少?水电离出的c(H+)又是多少? 提示:由于c(H+)溶液=0.01 ml·L-1,溶液中c(OH-)=Kw÷c(H+)溶液=(1.0×10-14÷0.01) ml·L-1=1.0×10-12 ml·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 ml·L-1。
(3)请与同学探究,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。
【案例示范】【典例】(2019·郑州高二检测)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.升高温度,可能引起由c向b的变化B.该温度下,水的离子积常数为1.0×10-13C.该温度下,加入稀盐酸可能引起由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
【解题指南】解答本题需注意以下两点(1)外界因素对水的电离平衡的影响。(2)温度一定时,c(OH-)·c(H+)是个常数。
【解析】选C。升高温度促进水的电离,c(H+)和c(OH-)都增大,A错误;该温度下Kw=c(OH-)·c(H+)=1×10-14,B错误;加入HCl,溶液中c(H+)增大,c(OH-)减小,C正确;稀释时,若c(OH-)减小,则c(H+)应变大,不可能由c向d变化,D错误。
【母题追问】向b点溶液加入一小块钠,可引起b向哪点的移动?(温度变化忽略不计)提示:c点。钠与水反应,产生NaOH,溶液中c(OH-)增大,c(H+)减小。
【规律方法】正确理解水的电离平衡曲线(1)曲线上任意点的Kw都相同,即c(H+)·c(OH-)相同,温度相同。(2)曲线外的任意点与曲线上任意点的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得改变温度。
【迁移·应用】1.(2020·淮北高二检测)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
【解析】选B。向水中加入稀氨水,c(OH-)增大,平衡逆向移动,c(H+)减小,A项不正确;向水中加入少量固体NaHSO4:NaHSO4 ==== Na++H++ ,c(H+)增大,但Kw不变,B项正确;向水中加入少量CH3COOH后,使水的电离平衡逆向移动,c(OH-)减小,c(H+)增大,C项不正确;将水加热,水的电离平衡正向移动,c(H+)、c(OH-)均增大,Kw增大,D项不正确。
2.(2020·聊城高二检测)室温下,把1 mL 0.1 ml·L-1的H2SO4加水稀释成2 L溶液,在此溶液中由水电离产生的H+,其浓度接近于(　　)A.1×10-4 ml·L-1　　　　B.1×10-8 ml·L-1C.1×10-11 ml·L-1D.1×10-10 ml·L-1
【解析】选D。稀释后c(H+)=(1×10-3 L×0.1 ml·L-1×2)/2 L=1×10-4 ml·L-1,c(OH-)=1×10-14/1×10-4(ml·L-1)=1×10-10 ml·L-1,即由水电离产生的H+的浓度接近于1×10-10 ml·L-1。
【补偿训练】1.如果25 ℃时,Kw=1×10-14,t ℃(t>25)时Kw=1×10-12,这说明(　　)A.t ℃时水的电离程度较大B.前者c(H+)较后者大C.水的电离过程是一个放热过程D.Kw和T(温度)无直接关系
【解析】选A。t ℃的Kw大于25 ℃的Kw,说明升高温度,水的电离程度增大,Kw增大,即水的电离是一个吸热过程。
2.一定温度下,水存在H2O H++OH-　ΔH=Q(Q>0)的平衡,下列叙述一定正确的是(　　)A.向水中滴入少量稀盐酸,平衡逆向移动,Kw减小B.将水加热,Kw增大,pH不变C.向水中加入少量金属Na,平衡逆向移动,c(H+)降低D.向水中加入少量固体硫酸钠,c(H+)和Kw均不变
【解析】选D。Kw只与温度有关,A错误;升高温度,Kw变大,c(H+)变大,pH减小,B错误;加入Na后,c(H+)减小,平衡右移,c(OH-)增大,C错误;Na2SO4对水的电离无影响,D正确。
【素养提升】科学家利用太空望远镜首次探测到木卫二喷出的羽状物是水蒸气,而这些羽状物的源头证实在它的冰壳下隐藏着一个巨大的咸海洋。
水是最宝贵的资源之一。若在木星二上某地,水的离子积常数Kw=1.0×10-12。(1)利用我们的地球经验,木星二该地的温度________25℃(填“大于”“小于”或“等于”),其理由是___________________________________________。 
(2)已知水中存在如下平衡:H2O+H2O H3O++OH-　ΔH>0,现欲使平衡向左移动,且所得溶液呈酸性,选择的方法是____________(填字母)。 A.向水中加入NaHSO4　　　　B.向水中加入NaClC.加热水至100℃D.在水中加入KOH
(3)水蒸气和沸水的温度都是100℃,现欲测定100℃沸水的pH及酸碱性,若用pH试纸测定,则试纸显____________色,溶液呈____________性(填“酸”“碱”或“中”);若用pH计测定,则pH_________7(填“>”“=”或“<”),溶液呈____________性(填“酸”“碱”或“中”)。 
【解析】(1)Kw随温度升高而增大,温度高于25℃。(2)向水中加入NaHSO4,c(H+)增大,平衡向左移动,A正确;向水中加入NaCl对水的电离平衡无影响,平衡不移动,B错误;加热平衡向右移动,仍呈中性,C错误;在水中加入KOH,c(OH-)增大,平衡向左移动,但溶液呈碱性,D错误。(3)100℃时水的pH<7,但溶液仍呈中性,因此pH试纸仍为黄色。
答案:(1)大于　Kw随温度升高而增大(2)A　(3)黄　中　<　中
知识点二　溶液的酸碱性及pH的计算【重点释疑】1.溶液的酸碱性溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。(1)酸性溶液:c(H+)>c(OH-),常温下,pH<7。(2)中性溶液:c(H+)=c(OH-),常温下,pH=7。(3)碱性溶液:c(H+)7。
2.溶液pH的计算(1)单一溶液的pH计算①强酸溶液,如HnA,设物质的量浓度为c ml·L-1,c(H+)=nc ml·L-1,pH=-lg c(H+)=-lg nc。②强碱溶液,如B(OH)n,设浓度为c ml·L-1,c(H+)= ml·L-1,pH=-lg c(H+)=14+lg nc。
(2)混合溶液的计算(常温下)
(3)酸碱溶液稀释时pH的变化可用数轴表示①强酸、弱酸溶液的稀释
②强碱、弱碱溶液的稀释
③变化趋势对于pH相同的强酸和弱酸(或强碱和弱碱)溶液稀释相同的倍数,强酸(或强碱)溶液的pH变化幅度大(如下图所示)。这是因为强酸(或强碱)已完全电离,随着加水稀释,溶液中H+(或OH-)物质的量(水电离的除外)不会增多,而弱酸(或弱碱)随着加水稀释,电离程度增大,H+(或OH-)物质的量会不断增多。
【特别警示】(1)强酸溶液和强碱溶液混合后计算pH,必须先判断出混合后溶液的酸碱性,若混合液呈酸性,直接求c(H+)。若混合液呈碱性,先求c(OH-),再求c(H+)。(2)根据酸的浓度计算酸溶液的pH时,不必考虑温度,而根据碱的浓度计算碱溶液的pH时,需要根据离子积计算c(H+),因此一定要注意溶液的温度,只有室温时,Kw=1.0×10-14。
(3)一定pH的强碱与强碱混合后求pH。在计算过程中一定用OH-浓度计算混合后的OH-浓度,H+浓度必须通过c(H+)= 来求。
【思考·讨论】(1)某溶液的pH=7,则该溶液一定显中性吗?判断溶液酸碱性的根本依据是什么?提示:pH=7的溶液不一定显中性,如100℃时,pH=7的溶液一定显碱性。判断溶液酸碱性的根本依据是c(H+)与c(OH-)的相对大小。
(2)常温时,pH=2的溶液与pH=12的溶液等体积混合后,混合液的pH一定等于7吗?提示:不一定。如果一种是强酸,另一种是强碱,则混合后呈中性,pH=7;如果一种是强酸,另一种是弱碱,则混合后碱过量,混合液呈碱性,pH>7;如果一种是弱酸,另一种是强碱,则混合后酸过量,混合液呈酸性,pH<7。
(3)等体积pH都为13的NaOH和NH3·H2O溶液,加水稀释到pH都为12,所需水的体积一样多吗?提示:不一样多。因为NaOH为强碱,稀释时c(OH-)与溶液体积成反比,即稀释10倍就可以使pH从13变为12;而NH3·H2O为弱碱,在稀释时,随着水的加入,不仅使c(OH-)减小,而且影响氨水的电离平衡,从而使c(OH-)不是成倍数地减少,即氨水pH从13变为12,要稀释10倍以上。
【案例示范】【典例1】(2020·湛江高二检测)已知在100 ℃时水的离子积Kw=1×10-12,下列溶液的温度均为100 ℃。其中说法正确的是(　　) ml·L-1的H2SO4溶液,pH= ml·L-1的NaOH溶液,pH=11
ml·L-1的H2SO4溶液与0.01 ml·L-1的NaOH溶液等体积混合,混合溶液的pH为6,溶液显酸性D.完全中和pH=3的H2SO4溶液50 mL,需要pH=9的NaOH溶液100 mL
【思维建模】解答有关pH计算的思维流程如下:
【解析】选A。A项,0.005 ml·L-1的H2SO4溶液中,c(H+)=0.005 ml·L-1×2=0.01 ml·L-1,pH=-lgc(H+)=-lg 0.01=2。B项,0.001 ml·L-1的NaOH溶液中,c(OH-)=0.001 ml·L-1,c(H+)= ml·L-1=1×10-9 ml·L-1,pH=-lg(1×10-9)=9。C项,0.005 ml·L-1的H2SO4溶液与0.01 ml·L-1的NaOH溶液
等体积混合,溶液呈中性,pH=6。D项,pH=3的H2SO4溶液c(H+)=10-3 ml·L-1,pH=9的NaOH溶液,c(OH-)=10-3 ml·L-1,二者完全中和,需要溶液的体积相等。
【母题追问】(1)上题B项中,碱电离出的c(OH-)与水电离出的c(OH-)比值是多少?(2)将上题的温度改为25 ℃,应选择哪项?
提示:(1)0.001 ml·L-1的NaOH溶液中,c(OH-)=0.001 ml·L-1,c(H+)= ml·L-1=1×10-9 ml·L-1,水电离出的c(OH-)=c(H+)=1×10-9 ml·L-1,故比值为0.001∶1×10-9=106∶1。
(2)选A、B。A项,pH=-lgc(H+)=-lg 0.01=2。B项,0.001 ml·L-1的NaOH溶液中,c(OH-)=0.001 ml·L-1,c(H+)= ml·L-1=1×10-11 ml·L-1,pH=-lg(1×10-11)=11。C项,0.005 ml·L-1的H2SO4溶液与0.01 ml·L-1的NaOH溶液等体积混合,溶液呈中性,25 ℃时,溶液的pH=7。D项,pH=3的H2SO4溶液c(H+)=10-3 ml·L-1,pH=9的NaOH溶液c(OH-)
=10-5 ml·L-1,二者完全中和,需要NaOH溶液的体积为硫酸的100倍。
【典例2】(2020·东营高二检测)常温下,关于溶液稀释的说法正确的是(　　)A.将1 L 0.1 ml·L-1的Ba(OH)2溶液加水稀释为2 L,pH=13B.pH=3的醋酸溶液加水稀释100倍,pH=5C.pH=4的H2SO4溶液加水稀释100倍,溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10-6 ml·L-1D.pH=8的NaOH溶液加水稀释100倍,其pH=6
【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)明确酸、碱的强弱;(2)常温下,酸不论稀释多少倍,pH均小于7;碱不论稀释多少倍,pH均大于7。
【解析】选A。A项,c(OH-)= ml·L-1=0.1 ml·L-1,c(H+)=1×10-13 ml·L-1,故pH=13,正确;B项,稀释100倍,ΔpH<2,故37,错误。
【规律方法】酸、碱稀释与ΔpH(pH变化量)的关系(1)ΔpH相同,强酸或强碱稀释的倍数小于弱酸或弱碱的稀释倍数。(2)稀释相同倍数,强酸或强碱的ΔpH大于弱酸或弱碱的ΔpH。
【迁移·应用】1.(2020·南京高二检测)某温度下纯水的c(H+)=1.0×10-6 ml·L-1,在此温度下,将pH=8的Ba(OH)2溶液与pH=5的稀盐酸混合(溶液体积变化忽略不计)。欲使混合溶液的pH=7,则氢氧化钡溶液与盐酸的体积比为(　　)A.11∶1　　　B.9∶2　　　C.1∶11　　　D.2∶9
【解析】选D。依题意该温度下的Kw=1.0×10-12,则pH=8的Ba(OH)2溶液的c(OH-)=1×10-4 ml·L-1,pH=5的盐酸的c(H+)=1×10-5 ml·L-1。设Ba(OH)2溶液的体积为V1,盐酸的体积为V2,混合溶液的pH=7,c(OH-)= ml·L-1=10-5 ml·L-1,该溶液显碱性,Ba(OH)2过量,依题意得c(OH-)=
=1×10-5 ml·L-1,解得 。
2.求室温下,下列溶液的pH:(1)某H2SO4溶液的浓度是0.005 ml·L-1,①此溶液的pH为____________。 ②用水稀释到原来体积的100倍,pH为____________。 ③再继续稀释104倍,pH为____________。 
(2)pH=3的盐酸与pH=5的硫酸等体积混合,pH为____________。 (3)pH=10和pH=12的两种NaOH溶液等体积混合,pH为____________。 (4)pH=12的NaOH溶液和pH=4的HCl溶液等体积混合,pH为____________。 
【解析】(1)①c(H+)=0.005 ml·L-1×2=0.01 ml·L-1,pH=-lg 10-2=2。②c(H+)=0.01 ml·L-1÷100=10-4 ml·L-1,pH=-lg 10-4=4。③pH接近7(酸无限稀释后不会变成碱)。
(2)c(H+)= ml·L-1≈5×10-4 ml·L-1,pH=-lg(5×10-4)=4-lg 5≈3.3(强调10-3是10-5的100倍,所以10-5可以忽略不计。)(3)c(OH-)= ml·L-1≈5×10-3 ml·L-1,c(H+)= ml·L-1=2×10-12 ml·L-1。pH=-lg(2×10-12)=12-lg 2≈11.7。
(4)NaOH溶液中c(OH-)=10-2 ml·L-1;HCl溶液中c(H+)=10-4 ml·L-1,二者等体积反应,碱过量,反应后溶液呈碱性。所以反应后c(OH-)= ml·L-1≈5×10-3 ml·L-1,c(H+)= ml·L-1=2×10-12 ml·L-1,pH=-lg(2×10-12)=12-lg 2≈11.7。答案:(1)①2　②4　③接近7　(2)3.3　(3)11.7　(4)11.7
【补偿训练】1.常温下,下列溶液中与1.0×10-5 ml·L-1的NaOH溶液的pH相同的是(　　)A.把pH=6的盐酸稀释1 000倍 B.把pH=10的Ba(OH)2溶液稀释10倍C.把pH=10的氨水稀释10倍 D.把pH=8的NaOH溶液稀释10倍
【解析】选B。常温下,1.0×10-5 ml·L-1的NaOH溶液的pH为9。A、把pH=6的盐酸稀释1000倍,pH接近7,故A错误;B、氢氧化钡是强碱,把pH=10的Ba(OH)2溶液稀释10倍pH为9,故B正确;C、一水合氨是弱碱,把pH=10的氨水稀释10倍,氢氧根离子浓度>10-5 ml·L-1,则稀释后氢离子浓度<10-9 ml·L-1,pH>9,故C错误;D、把pH=8的NaOH溶液稀释10倍,pH接近7,故D错误;故选B。
2.现有常温下pH=a的NaOH溶液与pH=b的硫酸溶液,将二者等体积混合,所得溶液呈中性,则下列对两溶液的相关分析不正确的是(　　)A.Kw均为1×10-14B.若a=12,则有b=2C.a、b为固定值D.水电离出的c(H+)相等
【解析】选C。常温下,pH=a的NaOH溶液中c(OH-)=10a-14 ml·L-1,pH=b的硫酸溶液中c(H+)=10-b ml·L-1,二者等体积混合所得溶液呈中性,则有V L×10a-14 ml·L-1=10-b ml·L-1×V L,得出a+b=14。Kw只与温度有关,与溶液的酸碱性无关,故室温下两溶液中均有Kw=1×10-14,A项正确;由于a+b=14,若a=12,则有b=2,B项正确;a、b不是固定值,只要满足a+b=14,且
a>7,b<7即可,C项错误;由于a+b=14,NaOH溶液中H+由水电离产生,则有c(H+)=10-a ml·L-1;硫酸溶液中OH-由水电离产生,则有c(H+)水电离=c(OH-)=10b-14 ml·L-1=10(14-a)-14 ml·L-1=10-a ml·L-1,故两溶液中水电离出的c(H+)相等。
【素养提升】工业废水的种类很多,其中酸碱废水是常见的工业废水,主要来自钢铁厂、化工厂、染料厂、印染厂、皮革厂、造纸厂、炼油厂等。酸碱废水具有较强的腐蚀性,需经适当治理方可外排。治理酸碱废水一般原则是高浓度酸碱废水,应优先考虑回收利用,可采用浓缩的方法回收酸碱。低浓度的酸碱废水,如酸洗槽的清洗水,碱洗槽的漂洗水,应进行中和处理。
(1)常温下,甲酸性废水的pH是4,乙酸性废水的pH是5,则甲与乙的c(OH-)之比为____________。 (2)在某温度时,测得0.01 ml·L-1的NaOH溶液的pH为11。①该温度下水的离子积常数Kw=____________。 
②在此温度下,将pH=a的碱性废水Va L与pH=b的酸性废水Vb L混合。a.若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=____________; b.若所得混合液为中性,且a+b=12,则Va∶Vb=____________。 
【解析】(1)常温下,水的离子积常数Kw=10-14,甲的pH是4,c(H+)=10-4 ml·L-1,则c(OH-)=10-10 ml·L-1;乙的pH是5,c(H+)=10-5 ml·L-1,则c(OH-)=10-9 ml·L-1。所以甲与乙的c(OH-)之比为10-10 ml·L-1∶10-9 ml·L-1=1∶10。
(2)①由题意知,溶液中c(H+)=10-11 ml·L-1,c(OH-)=0.01 ml·L-1,故Kw=c(H+)·c(OH-)=10-13。②a.根据中和反应:H++OH- H2Oc(H+)·V酸=c(OH-)·V碱10-2·Vb=10-13/10-12·Va所以,Va∶Vb=10-2∶10-1=1∶10。
b.根据中和反应:H++OH- H2Oc(H+)·Vb=c(OH-)·Va10-b·Vb=10-13/10-a·Va所以,Va/Vb=10-b/ =1013-(a+b)=10即Va∶Vb=10∶1。答案:(1)1∶10 　(2)①10-13　②1∶10　10∶1