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水的电离和溶液的pH学习目标1、了解水的离子积和溶液pH的含义，掌握c(H+)跟和溶液酸碱性的关系；初步学会有关pH的简单计算。2、初步了解甲基橙、石蕊、酚酞三种常用指示剂的变色范围，学会用pH试纸测定溶液酸碱性的方法。一、水的电离水是一种极弱的电解质，能发生微弱的电离，其电离方程式为：H2OH++OH－在一定温度下[H+]与[OH－]的乘积是一个常数，即[H+]•[OH－]=KW，这个常数Kw叫做水的离子积常数，简称为水的离子积。25℃（常温）时，纯水中[H+]=[OH－]=10-7mol·L-1，KW=10-14。注意：（1）水的离子积是水电离平衡时的性质，不仅适用于纯水，也适用于其他稀的水溶液。如常温时，稀酸、稀碱和中性溶液里，[H+]和[OH－]的乘积都是个常数（10-14），即常温下任何稀的水溶液Kw=10-14。（2）水的电离是吸热过程，因此升高温度，水的电离平衡向电离方向移动，[H+]和[OH－]都增大，使Kw也增大，如100℃时，[H+]=[OH－]=10-6mol·L-1，Kw＝10-6×10-6=10-12，对于水的离子积Kw，若未注明温度，一般认为在常温下（25℃）。（3）水的离子积常数揭示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡，都有H+和OH－共存，只是相对含量不同而已，在回答“某水溶液存在哪些离子”时，不能忽略这一点。二、影响水的电离平衡的因素1．温度水的电离是吸热过程，升高温度，水的电离平衡右移，电离程度增大，c(H+)和c(OH-)同时增大，Kw增大，但由于c(H+)和c(OH-)始终保持相等，故仍呈中性。2．酸、碱向纯水中加入酸或碱，由于酸（碱）电离产生的H+(OH-)，使溶液中的c(H+)或c(OH-)增大，使水的电离平衡左移，水的电离程度减小。3．含有弱酸根离子或弱碱阳离子的盐在纯水中加入含有弱酸根离子或弱碱阳离子的盐，由于它们能跟水电离出的H+或OH－结合生成难电离物，使水的电离平衡右移，水的电离程度增大。4．强酸的酸式盐向纯水中加入强酸的酸式盐，如加入NaHSO4，由于电离产生H+，增大c(H+)，使水的电离平衡左移，抑制了水的电离。5．加入活泼金属向纯水中加入活泼金属，如金属钠，由于活泼金属能与水电离的H+直接作用，产生氢气，促进水的电离。三、溶液的酸碱性和pH1．溶液的酸碱性和pH水的离子积常数反映了溶液中c(H+)和c(OH－)的相互依存关系，并说明在任何水溶液中都同时存在着H+和OH－。室温时溶液的酸碱性可用c(H+)和c(OH－)的关系表示如下：中性溶液c(H+)=c(OH－)=1×10-7mol/L酸性溶液c(H+)c(OH－),c(H+)1×10-7mol/L碱性溶液c(OH－)c(H+),c(OH－)1×10-7mol/L用负指数来表示稀溶液的酸碱性很不方便，为此采用c(H+)的负对数来表示稀溶液的酸碱性强弱，称溶液的pH，pH=－lg｛c(H+)｝。因为c(H+)×c(OH－)=1×10-14所以pH+pOH=14在酸性溶液中，c(H+)c(OH－),pH7在碱性溶液中，c(OH－)c(H+),pH7从pH的定义知，c(H+)越大，pH越小，溶液的酸性越强。c(OH－)越大，c(H+)越小，pH越大，溶液的碱性就越强。2．pH的适用范围和pH的测定方法①pH的适用范围：pH的取值范围是0-14，即c(H+)≤1mol/L和c(OH－)≤1mol/L的稀溶液可用pH表示其酸碱性的强弱，当溶液的c(H+)或c(OH－)1mol/L时，溶液的酸碱性直接用它们的物质的量浓度来表示。②测定溶液pH的方法：用pH计或pH试纸，pH试纸的使用方法：用玻璃棒把待测试液点在pH试纸中间，把试纸显示的颜色跟标准比色卡对比，来测定溶液的pH。注意，不能将pH试纸润湿，因为这样测得的是待测溶液稀释后的pH。四、溶液的pH的计算方法1．简单的酸、碱溶液的pH的计算强酸、强碱的溶液的pH：强酸：c(酸)→c(H+)→pH强碱：c(碱)→c(OH－)c(H+)→pH如：求0.01mol/L的HCl溶液的pH。解：c(H+)=c(HCl)=1×10-2mol/L，pH=－lg｛c(H+)｝=－lg1×10-2=2。如：将0.8gNaOH溶于水，配成200mL溶液，求所得溶液的pH是多少？【分析】n(NaOH)==0.02mol,c(NaOH)==0.1mol/L,c(H+)===1×10-13(mol/L),故pH=－lg｛c(H+)｝=－lg1×10-13=13。故：由c(OH－)=0.1mol/L,pOH=－lg｛c(OH－)｝=－lg1×10-1=1,由pH+pOH=14,得pH=14－1=13。2．稀溶液混合后pH的计算说明：通常两种稀溶液混合，可认为混合后体积为两者之和。①强酸与强酸混合：→pH若等体积混合，则有近似规律：混合液pH混=pH小+0.3（相当于酸稀释，pH增大了0.3）如：pH=2的HCl溶液和pH=6的H2SO4溶液等体积混合后，pH是多少？【分析】pH=2的HCl中，c(H+)=1×10-2mol/L,pH=6的H2SO4中，c(H+)=1×10-6mol/L,c(H+)酸=mol/L≈5×10-3mol/L，pH=－lg5×10-3=lg=2+lg2=2.3或：应用近似规律计算：pH混=pH小+0.3=2+0.3=2.3答案：pH=2.3②强碱与强碱混合若等体积混合，则有近似规律：混合液pH混=pH大－0.3（相当于碱稀释，pH减小了0.3）。如：pH=9和pH=11的两种NaOH溶液，等体积混合后，pH是多少？【分析】pH=9：c(OH－)===1×10-5(mol/L)，pH=11：c(OH－)===1×10-3(mol/L)，混合后：c(OH－)==5.05×10-4(mol/L),c(H+)===1.98×10-11(mol/L),pH=－lg｛c(H+)｝=－lg1.98×10-11=10.7或应用近似规律计算，pH混=pH大－0.3=11－0.3=10.7。答案：pH=10.7注意：无论是强酸还是强碱，当两溶液的△pH≤1时，用近似规律计算误差较大。③强酸与强碱混合a.强酸与强碱恰好完全反应，溶液呈中性，pH=7。b.酸过量，先求c(H+)余=，再求pH=－lg｛c(H+)｝c.碱过量，先求c(OH－)余=，再求c(H+)=，最后求pH.如：将0.3mol/L的Ba(OH)2溶液50mL与0.02mol/L的H2SO4溶液100mL混合后，求pH是多少？【分析】n(OH-)=0.3mol/l×0.05L×2=0.03mol,n(H+)=0.02mol/L×0.1L×2=0.004mol，n(H+)n(OH－)，碱过量。c(OH－)==0.17mol/L,pOH=－lg1.7×10-1=1－0.23=0.77,pH=14－pOH=14－0.77=13.23。答案：pH=13.23④酸碱溶液用水稀释强酸溶液每稀释10n倍，c(H+)减小为原来的，pH稀=pH原+n；强碱溶液每稀释10n倍，c(OH－)减小为原来的，pH稀=pH原－n；强酸或强碱溶液无限稀释时，由于水的电离平衡不能忽略，故pH只能接近于7（或约等于7），如pH=6的HCl溶液稀释100倍，混合液pH≈7(不能大于7)；pH=8的NaOH溶液稀释100倍，混合液pH≈7(不能小于7)。弱酸溶液每稀释10n倍c(H+)减小的程度比强酸小，pH稀pH原+n；弱碱溶液每稀释10n倍c(OH－)减小的程度比强碱小，pH稀pH原－n；⑤酸和碱之和为14，等体积混合若为强酸与强碱，则pH=7；若为强酸与弱碱，则pH7；若为弱酸与强碱，则pH7。⑥强酸pHa，强碱pHb，等体积混合若pHa+pHb=14，则溶液呈中性，pH=7；若pHa+pHb14，则溶液呈碱性，pH7；若pHa+pHb14，则溶液呈酸性，pH7。⑦强酸(pH1)与强碱(pH2)混合呈中性时，二者体积与pH的关系：[例题讲解]第一阶段例1、从植物花中提取一种有机物，可用简化式HIn表示，在水溶液中因存在下列电离平衡，故可做酸碱指不剂。HIn(溶液，红色)H+（溶液）+In-(溶液，黄色)在该水溶液中加入下列物质，能使指示剂显黄色的是（）A、盐酸B、碳酸氢钠溶液C、硫酸氢钠溶液D、过氧化钠思路分析：加入盐酸和硫酸氢钠，电离出的H+命名平衡向左移动，指示剂显红；加入碳酸氢钠溶液，使H+浓度小，平衡向右移动，指示剂显黄色；加入过氧化钠，由于其具有强氧化性，能使色素因氧化而褪色。答案：B例2、有一学生在实验室测某溶液的pH。实验时，他先用蒸馏水润湿pH试纸，然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。（1）该学生的操作是________（填“正确的”或“错误的”），其理由是_________________。（2）如不正确，请说明理由，同时请分析是否一定有误差？答:_________________（3）若用此法分别测定c(H+)相等的盐酸和醋酸溶液的pH，误差较大的是___________,原因是_____。解析：（1）不正确；若溶液不显中性，则H+或OH-被稀释，测出的不是溶液中H+或OH-对应的pH。（2）不一定有意误差，当溶液为中性时则不产生误差。（3）测得的盐酸的pH误差较大；因为在稀释过程中醋酸继续电离产生H+，使得溶液中c(H+)较盐酸溶液中的c(H+)大，误差较小。第二阶段例1．在25℃时，某溶液中，由水电离出的c(H+)=1×10-12mol/L，则该溶液的pH可能是（）A．12B．7C．6D．2【分析】纯水中水电离出的c(H+)水=c(OH－)水，向纯水中加酸或碱，水的电离均受到抑制，水的电离平衡左移，水电离出的H+和OH－的量相应减小，但c(H+)水=c(OH－)水。若为酸，则c(OH－)液=c(OH－)水=c(H+)水=1×10－12mol/L,由KW=c(H+)液·c(OH－)液有：c(H+)液=mol/L=1×10-2mol/L，pH=-lg｛c(H+)｝=-lg1×10-2=2。故D选项符合题意。若为碱，则c(H+)液=c(H+)水=1×10-12mol/L，则由pH=-lg｛c(H+)｝=-lg1×10-12=12。故A选项符合题意。答案：AD例2．有两瓶pH=2的酸溶液，一瓶是强酸，一瓶是弱酸，现只有石蕊试液、酚酞试液、pH试纸和蒸馏水，简述如何用最简便的实验方法来判断哪瓶是强酸。【分析】pH相同的强酸和弱酸，加水稀释同样的倍数时，由于弱酸的电离平衡向右移动，使弱酸c(H+)减小得比强酸c(H+)减小得慢，结果弱酸的c(H+)大于强酸的c(H+)，弱酸的pH一定小于强酸，故可用pH试纸检出。答案：各取等体积酸溶液用蒸馏水分别稀释1000倍，然后用pH试纸分别测出稀释后溶液的pH，pH变化较大的那瓶是强酸。例3．将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后，溶液的pH最接近于（）A．8.3B．8.7C．9D．9.7解析：强碱溶液混合，应按c(OH－)计算：c(OH－)混==5.05×10-5(mol/L)c(H+)混=KW/c(OH－)混≈2×10-10mol/LpH=9.7。易出现错解c(H+)混==5.05×10-9(mol/L)pH=-1g(5.05×10-9)=8.3。答案：D[参考练习]1．pH=1.2的强酸溶液，加水稀释，若溶液体积扩大10倍，则[H+]或[OH-]的变化A、[H+]和[OH-]都减少B、[H+]增大C、[OH-]增大D、[H+]减小2、向纯水中加入少量的KHSO4固体（温度不变），则溶液的（）A、pH值升高B、[H+]和[OH-]的乘积增大C、酸性增强D、OH-离子浓度减小3．100℃时，（KW=1×10-12(mol/L)2）对纯水的叙述正确的是（）A、pH=6显弱酸性B、[H+]=10-6mol/L，溶液为中性C、KW是常温时的10-2倍D、温度不变冲稀10倍pH=74．常温下，若使pH=3的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混