第八章 水溶液中的离子平衡 第27讲 水的电离和溶液的pH
考纲要求 1.了解水的电离、离子积常数。2.了解溶液pH的含义及其测定方法，能进行pH的简单计算。
考点一 水的电离
1．水的电离
水是极弱的电解质，水的电离方程式为H2O＋H22．水的离子积常数
3
O＋OH或H2
＋－＋
＋OH。
－
Kw＝c(H＋)·c(OH－)。
(1)室温下：Kw＝1×10
－14
。
(2)影响因素：只与温度有关，升高温度，Kw增大。
(3)适用范围：Kw不仅适用于纯水，也适用于稀的电解质水溶液。 (4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H和OH，只要温度不变，Kw不变。 3．影响水电离平衡的因素
(1)升高温度，水的电离程度增大，Kw增大。 (2)加入酸或碱，水的电离程度减小，Kw不变。
(3)加入可水解的盐(如FeCl3、Na2CO3)，水的电离程度增大，Kw不变。 4．填写外界条件对水电离平衡的具体影响
体系变化 平衡移动方向 条件 HCl NaOH 可水解的盐 温度 降温 其他：如加入Na
逆 正 减小 不变 减小 增大 减小 增大 减小 减小 Na2CO3 NH4Cl 升温 逆 逆 正 正 正 不变 不变 不变 不变 增大 Kw 程度 减小 减小 增大 增大 增大 减小 增大 增大 减小 增大 增大 减小 减小 增大 增大 水的电离c(OH－) c(H＋) ＋
－
深度思考
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)在pH＝2的盐酸溶液中由水电离出c(H)和c(OH)总是相等的( ) (2)在蒸馏水中滴加浓H2SO4，Kw不变( )
(3)NaCl溶液和CH3COONH4溶液均显中性，两溶液中水的电离程度相同( )
(4)室温下，0.1 mol·L的HCl溶液与0.1 mol·L的NaOH溶液中水的电离程度相同( ) (5)25 ℃和60 ℃的水的pH，前者大于后者，但都显中性( )
(6)室温下，pH值相同的NaOH溶液与CH3COONa溶液，水的电离程度后者大( ) (7)常温下，pH＝5的NH4Cl溶液与pH＝9的CH3COONa 溶液中，水的电离程度相同( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)√
2．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？
答案 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。
＋
＋
－
＋
－
＋
－
＋
＋
－1
－1
＋
－
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。
1．水的离子积常数Kw＝c(H)·c(OH)，其实质是水溶液中的H和OH浓度的乘积，不一定是水电离出的H和OH浓度的乘积，所以与其说Kw是水的离子积常数，不如说是水溶液中的H和OH的离子积常数。即Kw不仅适用于水，还适用于酸性或碱性的稀溶液。不管哪种溶液均有c(H?)H2O?c(OH?)H2O。
2．水的离子积常数显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。
题组一 影响水电离平衡的因素及结果判断 1．一定温度下，水存在H2
＋
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－
＋OH ΔH>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减小
C．向水中加入少量固体CH3COONa，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)＝10 mol·L，Kw不变 答案 B
解析 A项，Kw应不变；C项，平衡应正向移动；D项，由于没有指明温度，c(H)不一定等于10 mol·L。
2．一定温度下，水溶液中H和OH的浓度变化曲线如图，下列说法正确的是( )
＋
－
－7
－1
＋
＋－7－1
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
－13
C．该温度下，加入FeCl3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 答案 C
解析 A项，升高温度，促进水的电离平衡，则c(H)和c(OH)都同等程度地增大，若由c向b变化，则c(H)增大，c(OH)将变小，错误；B项，根据b点对应的c(H)和c(OH)都为1.0×10 mol·L，所以该温度下，水的离子积常数Kw＝1.0×10×1.0×10＝1.0×10
－14
－7
－1
－7
－7
＋
－
＋
－
＋
－
，错误；C项，加入FeCl3发生水解反应：Fe＋3H2
＋
－
3＋
3
＋3H，破坏水的电离平
＋
衡，c(H)增大、Kw不变，c(OH)变小，则可能引起由b向a变化，正确；D项，c点对应的溶液呈碱性，稀释溶液，c(OH)变小，Kw不变，c(H)增大，故可引起由c向b的变化，而不是向d变化，错误。
3．已知水在25 ℃和95 ℃时，其电离平衡曲线如图所示。
－
＋
(1)25 ℃时水的电离平衡曲线应为________(填“A”或“B”)，请说明理由________________________________________________________________________， 25 ℃时，将pH＝9的NaOH溶液与pH＝4的H2SO4溶液混合，若所得混合溶液的pH＝7，则NaOH
溶液与H2SO4溶液的体积比为________。
(2)95 ℃时，若100体积pH＝a的某强酸溶液与1体积pH＝b的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则a与b之间应满足的关系是________________。
(3)曲线A所对应的温度下，pH＝2的HCl溶液和pH＝11的某BOH溶液中，若水的电离程度分别用α1、α2表示，则α1________α2(填“大于”、“小于”、“等于”或“无法确定”，下同)，若将二者等体积混合，则混合溶液的pH________7，判断的理由是________________________________________________________________________。 (4)在曲线B所对应的温度下，将0.02 mol·L的Ba(OH)2溶液与等物质的量浓度的NaHSO4溶液等体积混合，所得混合液的pH＝________。 答案 (1)A 水电离需要吸热，温度越高Kw越大 10∶1 (2)a＋b＝14
(3)小于 无法确定 若BOH是弱碱，无法确定酸碱的物质的量的相对多少 (4)10
解析 (1)25 ℃时，pH＝9的NaOH溶液中c(OH)＝1×10 mol·L，pH＝4的硫酸中c(H)＝1×10 mol·L，当二者恰好反应完时有1×10V(碱)＝1×10V(酸)，V(碱)∶V(酸)＝10∶1。(2)95 ℃时，Kw＝1×10＝b的强碱溶液中，c(OH)＝10
＋
－
－12
－4
－1
－5
－4
－
－5
－1
＋
－1
，pH＝a的强酸溶液中，c(H)＝1×10 mol·L，pH
－1,
＋－a－1
b－12
mol·L
－
100×10＝1×10
－ab－12,
2－a＝b－12，a＋b＝14。
(3)由于盐酸中c(H)>BOH溶液中c(OH)，结合水的电离方程式知二者对水电离程度的抑制能力前者较强，故α1小于α2。若BOH是强碱，等体积混合时酸过量，此时pH＜7，若BOH是弱碱，则无法确定碱与酸的物质的量的相对多少，故无法确定反应后溶液的pH。(4)等体积混合时，溶液中Ba反应完毕，但此时OH消耗掉一半，故混合溶液中c(OH)＝0.01 mol·L
－1
2＋
－
－
，c(H)＝1×10
＋－10
mol·L，故pH＝10。
＋
－
－1
题组二 水电离出的c(H)或c(OH)的定量计算
4．求算下列常温下溶液中由H2O电离的c(H)和c(OH)。 (1)pH＝2的H2SO4溶液
＋
－
c(H＋)＝__________，c(OH－)＝__________。
(2)pH＝10的NaOH溶液
c(H＋)＝__________，c(OH－)＝__________。
(3)pH＝2的NH4Cl溶液
c(H＋)＝__________。
(4)pH＝10的Na2CO3溶液
c(OH－)＝__________。
答案 (1)10(2)10
－10
－12
mol·L 10
－1
－10
－1－12
mol·L
－1
－2
－1
－1
mol·L 10
－1
mol·L (3)10 mol·L
(4)10 mol·L
解析 (1)pH＝2的H2SO4溶液中，H来源有两个：H2SO4的电离和H2O的电离，而OH只来源于水。应先求算c(OH)，即为水电离的c(H)或c(OH)。
(3)(4)水解的盐溶液中的H或OH均由水电离产生，水解显酸性的盐应计算其c(H)，水解显碱性的盐应计算其c(OH)。pH＝2的NH4Cl溶液中由水电离产生的c(H)＝10 mol·L；pH＝10的Na2CO3溶液中由水电离产生的c(OH)＝10 mol·L。
5．下列四种溶液中，室温下由水电离生成的H浓度之比(①∶②∶③∶④)是( ) ①pH＝0的盐酸
③0.01 mol·L的NaOH溶液 A．1∶10∶100∶1 000 C．14∶13∶12∶11 答案 A
解析 ①中c(H)＝1 mol·L，由水电离出的c(H)与溶液中c(OH)相等，等于1.0×10
14
＋
－1
＋
－
－
－1
＋－
－4
－1
－
＋
－2
－1
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－
－4
②0.1 mol·L的盐酸 ④pH＝11的NaOH溶液 B．0∶1∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
－1
mol·L；
＋
－1
＋
－13
－1
②中c(H)＝0.1 mol·L，由水电离出的c(H)＝1.0×10
－
－2
－1
＋
mol·L；
＋
－1
③中c(OH)＝1.0×10 mol·L，由水电离出的c(H)与溶液中c(H)相等，等于1.0×10
－12
mol·L；
－
－3
－1
＋
－11
－1
④中c(OH)＝1.0×10 mol·L，同③所述由水电离出的c(H)＝1.0×10即(1.0×10
－14
mol·L。
－1
)∶(1.0×10
－13
)∶(1.0×10
－12
)∶(1.0×10
－11
)＝1∶10∶100∶1 000。
理清溶液中H或OH的来源
(1)常温下，中性溶液
＋－
c(OH－)＝c(H＋)＝10－7 mol·L－1
(2)溶质为酸的溶液 ①来源