高中化学第三章水溶液中的离子平衡2-1水的电离溶液的酸碱性与pH同步检测含解析 人教版选修4-
第1课时 水的电离、溶液的酸碱性与pH
记一记
1．常温下，水的离子积常数KW＝c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－14。
2．KW只受温度的影响，不受溶液酸碱性的影响，温度不变，KW不变。
3．溶液酸碱性判断“三依据”。
根本依据
常用依据一(室温)
常用依据二(窒温)
结论
c(H＋)>c(OH－)
c(H＋)> 10－7 mol·L－1
pH<7
溶液呈酸性
c(H＋)＝c(OH－)
c(H＋)＝10－7 mol·L－1
pH＝7
溶液呈中性
c(H＋)
7
溶液呈碱性
4.溶液pH计算“一个凡是”、“一个必须”：
(1)凡是单一酸溶液、酸酸混合溶液、酸碱混合酸过量时，均直接求c(H＋)，再求pH。
(2)单一碱溶液、碱碱混合溶液、酸碱混合碱适量时，必须先求c(OH－)，再求c(H＋)，最后求pH。
探一探
1.试结合弱电解质电离平衡的影响因素，探究外界条件改变后，水的电离平衡的移动：H2OOH－＋H＋，完成下表：
改变条件
移动方向
c(H＋)
c(OH－)
KW
升高温度
降低温度
加少量盐酸
加少量NaOH溶液
加少量Na
[提示]
改变条件
移动方向
c(H＋)
c(OH－)
KW
升高温度
右移
增大
增大
增大
降低温度
左移
减小
减小
减小
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加少量盐酸
左移
增大
减小
不变
加少量NaOH溶液
左移
减小
增大
不变
加少量Na
右移
减小
增大
不变
2.某溶液的pH＝6，则该溶液一定显酸性吗？同样，某溶液的pH＝7，则该溶液一定显中性吗？
[提示] pH＝6的溶液不一定显酸性，如100 ℃时蒸馏水的pH＝6，但呈中性；pH＝7的溶液不一定显中性，如100 ℃时，pH＝7的溶液呈碱性。
3．pH试纸使用前能否用蒸馏水湿润？若用湿润的pH试纸测量溶液的pH对结果有何影响？
[提示] 使用pH试纸不能用蒸馏水湿润，湿润后相当于稀释了溶液。若是酸性溶液，则湿润后测得pH偏大；若为碱性溶液．则湿润后测得pH偏小；若为中性溶液，则无影响。
4．(1)扩温下，将pH＝b的强碱溶液稀释10n倍后，溶液pH为多少？
(2)常温下，将pH＝b的弱碱溶液稀释10n倍后，溶液pH是否为b－n?
(3)常温下，将pH＝b的某碱溶液无限稀释后，溶液pH能否小于7?
[提示]
(1)常温下，稀释前c(OH－)＝10b－14 mol·L－1，稀释后c(OH)＝＝10b－14－n mol·L－1，稀释后c(H＋)＝＝10n－b mol·L－1，pH＝b－n(b－n>7)。
(2)弱碱稀释后，电离平衡右移，促进电离，所以稀释后c(OH)>10b－14－n，稀释后c(H＋)<1n－b，所以pH>b－n(b－n>7)。
(3)常温下，碱溶液无限稀释后，溶液pH都接近于7且大于7。
判一判
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)升高温度，水的电离程度增大。(√)
(2)c(H＋)===c(OH－)的溶液一定呈中性。(√)
(3)使用pH试纸时应先将试纸湿润，然后再测定溶液的pH。(×)
(4)pH＝14的溶液，碱性最强。(×)
(5)如果某温度下水溶液中KW＝5.0×10－14，则该温度一定高于室温。(√)
(6)pH＝5的H2SO4溶液与pH＝5的CH3COOH溶液中的水的电离程度一样大。(√)
(7)两溶液在混合前的pH和一定不超过14。(×)
(8)常温下，将pH＝a的强酸溶液稀释10n倍后，溶液的pH为a＋n(n＋a<7)。(√)
(9)常温下，将pH＝a的某酸溶液无限稀释后，溶液pH大于7。(×)
(10)某溶液呈碱性是因为水电离出的c(OH－)大于水电离出的c(OH＋)。(√)
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练一练
1.[2019·海口高二月考]下列因素能影响水的电离平衡，且能使水的电离平衡向右移动的是( )
A．CH3COOH B．[::H]－ C．升高温度 D．
答案：C
2．[2019·维坊高二检测]一些食物的近似pH如下表：
食物
苹果
葡萄
牛奶
玉米粥
pH
2.9～3.3
3.5～4.5
6.3～6.6
6.8～8.0
人的胃液中含有盐酸，对于胃酸过多的人，空腹时最宜食用的是( )
A．苹果 B．葡萄 C．牛奶 D．玉米粥
答案：D
3．[2019·烟台高二摸底]下列溶液一定呈酸性的是( )
A．pH＝6.8的溶液
B．常温下，由水电离的c(OH－)＝1×10－13 mol·L－1
C．加入酚酞，不显红色的溶液
D．常温下，溶液中的H＋浓度为5×10－7 mol·L－1
答案：D
4．[2019·新乡高二模拟]取浓度相同的NaOH和HCl溶液，以3∶2体积比相混合，所得溶液的pH等于12，则原溶液的浓度为( )
A．0.01 molL－1 B．0.017 mol·L－1
C．0.05 mol·L－1 D．0.50 mol·L－1
答案：C
知识点一 水的电离与水的离子积
1.[2019·云南玉溪一中高二月考]25 ℃时，水的电离达到平衡：H2OH＋＋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
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D．加热，KW增大，pH不变
解析：加入稀氨水，NH3·H2O存在电离平衡：NH3·H2ONH＋OH－，使c(OH－)增大，水的电离平衡逆向移动，A错误；加入NaHSO4，NaHSO4在水溶液中电离：NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，使c(H＋)增大，水的电离平衡逆向移动，由于温度不变，KW不变，B正确；加入CH3COOH，CH3COOH在水溶液中电离：CH3COOHCH3COO－＋H＋，使c(H＋)增大，水的电离平衡逆向移动，C错误；升温促进水的电离，KW增大，c(H＋)增大，pH减小，D错误。
答案：B
2．温度分别为T1(T1＝25 ℃)和T2时，水溶液中水的离子积曲线如图所示。下列判断错误的是( )
A．T2>25 ℃
B．x＝1.0×10－7
C．KW(a)＝Ka(d)
D．b点溶液呈碱性，c点溶液呈酸性
解析：水的电离反应吸热，升高温度促进水的电离，25 ℃时纯水中c(H＋)＝1.0×10－7 mol·L－1，T2时纯水中c(H＋)＝1.0×10－6 mol·L－1，大于25 ℃时纯水中的c(H＋)，所以T2>25 ℃，故A正确；a点表示25 ℃时纯水中c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7 mol·L－1，所以x＝1.0×10－7，故B正确；升高温度促进水的电离，水的离子积常数增大，T2>25 ℃，所以KW(a)c(OH－)，溶液呈酸性，故D正确。
答案：C
知识点二 溶液酸碱性的判断
3.下列溶液一定呈酸性的是( )
A．pH＝6.8的溶液
B．常温下，由水电离的c(OH－)＝1×10－13 mol·L－1
C．加入酚酞，不显红色的溶液
D．常温下，溶液中的H＋浓度为5×10－7 mol·L－1
解析：水的电离是吸热反应，升高温度促进水的电离，100 ℃时纯水的pH＝6，呈中性，则pH＝6.8的溶液可能盟碱性，故A错误；由水电离的c(OH－)＝1×10－13 mol·L－1
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的溶液可能呈酸性，也可能呈碱性，故B错误；酚酞的变色范围是pH＝8.2～10，不能使酚酞显红色的溶液pH<8.2。常温下，7b
B．水的电离常数KW数值大小关系为b>d
C．温度不变，加入少量NaOH可使溶液从c点变到a点
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D．在b点对应温度下，将pH＝2的硫酸与pH＝10的NaOH溶液等体积混合后，溶液显酸性
解析：升温促进水的电离，故升温水的离子积常数增大，b点时水的离子积常数为10－12，大于a点时水的离子积常数，说明b点对应的温度较高，A错误；d点与a点温度相同，KW相同，a点时KW＝10－14，b点时KaW＝10－2，KW数值大小关系为b>d，B正确；温度不变，KW不变，而从c点到a点，c(OH－)不变，c(H＋)变小，KW变小，C错误；处在b点时，pH＝2的硫酸中c(H＋)＝10－2 mol·L－1，pH＝10的NaOH中c(OH－)＝ mol·L－1＝10－2 mol·L－1，二者等体积混合后，溶液屁中性，D错误。
答案：B
6．在常温下，将pH＝9的NaOH溶液与pH＝11的NaOH溶液等体积混合后，溶液的pH最接近( )
A．9.3 B．9.7 C．10.3 D．10.7
解析：pH＝9的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－5 mol·L－1，pH＝11的NaOH溶液中c(OH－)＝1×10－3 mol·L－1，混合后c(OH－)＝ mol·L－1≈ mol·L－1，则溶液中的c(H＋)＝，＝ mol·L－1＝2.0×10－11 mol·L－1，所以pH＝11－lg 2≈10.7，D项正确。
答案：D
7．[2019·甘肃武威一中高二期末]常温下，将0.1 mol·L－1氢氧化钠溶液与0.06 mol·L－1硫酸溶液等体积混合，该混合溶液的pH等于( )
A．2.0 B．1.7 C．12.0 D．12.4
解析：常温下，将0.1 mol·L－1氢氧化钠溶液与0.06 mol·L－1硫酸溶液等体积混合，混合溶液中氧离子浓度为0.01 mol·L－1，根据pH计算公式可求得：pH＝－lg c(H＋)＝2.0，A正确。
答案：A
8．[2019·福建三明一中高二月考]
常温下，pH＝10的X、Y两种碱溶液各1 mL，分别加水稀释到100 mL，其pH与溶液体积(V)的关系如图所示，下列说法正确的是( )
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A．稀释前，两种碱溶液中溶质的物质的量浓度一定相等
B．稀释后，X溶液的碱性比Y溶液的碱性强
C．完全中和X、Y溶液时，消耗同浓度盐酸的体积VX>VY
D．若8V2，D错误。
答案：B
10．[2019·天津一中高二期末]常温下四种溶液：①pH＝2的CH3COOH溶液 ②pH＝2的盐酸 ③pH＝12的氨水 ④pH＝12的NaOH溶液，在相同条件下，有关上述溶液的比较中，正确的是( )
A．由水电离的c(H＋)：①＝②>③＝④
B．将②、③两种溶液混合后，若pH＝7，则消耗溶液的体积：②>③
C．等体积的①、②、④溶液分别与足量铝粉反应，生成H2的量：②最大
D．向等体积的四种溶液中分别加入100 mL水后，溶液的pH：③>④>①>②
解析：相同条件下，水的离子积常数是定值，无论酸还是碱都抑制水的电离，①、②的氢离子浓度与③、④的氢氧根离子浓度相同，所以这四种溶液中由水电离的c(H＋
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)：①＝②＝③＝④，A错误；NH3·H2O是弱碱，在水溶液中只有部分电离，所以NH3·H2O浓度大于NH3·H2O电离出的OH－浓度，HCl是强电解质，所以其浓度等手H＋浓度，c(NH3.H2O)>c(HCI)，若将氨水和盐酸混合后溶液呈中性，则消耗溶液的体积：②>③，B正确；醋酸是弱酸，氯化氢和氢氧化钠是强电解质，①、②、④i种溶液的物质的量浓度关系为①>②＝④，所以等体积的①、②、④溶液分别与铝粉反应，生成H2的量：①最大，C错误；醋酸是弱酸，加水稀释后能促进醋酸的电离，所以①、②稀释后溶液的pH：7>②>①，NH3·H2O是弱碱，加水稀释后能促进NH3·H2O的电离，所以③、④稀释后溶液的pH：③>④>7，所以向等体积的四种溶液中分别加入100mL水后，溶液的pH：③>④>②>①，D错误。
答案：B
11．下表是不同温度下水的离子积数据：
温度/℃
25
t1
t2
水的离子积
1×10－14
a
1×10－12
试回答下列问题：
(1)若25”“<”或“＝”)1×10－4，作出此判断的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在t1时，测得纯水中的c(H＋)＝2.4×10－7 mol·L－1，则c(OH－)为________。该温度下，测得某H2SO4溶液中c(SO)＝5×10－6 mol·L－1，该溶液中c(OH－)＝________mol·L－1。
解析：(1)水是弱电解质，存在电离平衡，电离时吸热。所以温度升高，水的电离程度增大，离子积增大。(2)依据纯水存在电离平衡，水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等，某温度下纯水中的c(H＋)＝2.4×107 mol·L－1，则此时溶液中的c(OH－)＝2.4×10－7 mol·L－1，KW＝c(H＋)·c(OH－)＝2.4×10－7×2.4×10－7＝5.76×10－14，该温度下，某H2SO4溶液中c(SO)＝5×10－6 mol·L－1，则落液中氢离子浓度c(H＋)＝2c(SO)＝1×10－5 mol·L－1，c(OH－)＝5.76×10－714÷10－5＝5.76×10－9 mol·L－1。
答案：(1)> 温度升高，水的电离程度增大，离子积增大
(2)2.4×10－7 mol·L－1 15.76×10－9
12．室温下，有一pH为12的NaOH溶液100 mL，如果将其pH降为11，则：
(1)若用蒸馏水应加入________mL；
(2)若用pH＝10的NaOH溶液，应加入________mL；
(3)若用pH＝2的盐酸，应加入________mL；
(4)若用0.01 mol·L－1硫酸，应加入________mL。
解析：
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(1)由c(OH－)稀释＝10－3 mol·L－1＝，得V(H2O)＝0.9 L＝900 mL。
(2)设加入pH＝10的NaOH溶液的体积为x，
c(OH－)＝10－3 mol·L－1＝
得x＝1 L＝1 000 mL。
(3)设加入pH＝2的盐酸的体积为y，
c(OH－)＝10－3 mol·L－1＝，
得y＝0.081 8 L＝81.8 mL。
(4)(4)设加入硫酸的体积为z，c(OH－)＝10－3 mol·L－1＝，得z＝0.042 86 L＝42.86 mL。
答案：(1)900 (2)1 000 (3)81.8 (4)42.86
能力达标
13.Ⅰ.水的电离平衡曲线如图所示，若A点表示25 ℃时水的电离达平衡时的离子浓度，B点表示100 ℃时水的电离达平衡时的离子浓度。则100 ℃时1 mol·L－1 NaOH溶液中，由水电离出的c(H＋)＝________mol·L－1，KW(25 ℃)________(填“>”“<”或“＝”)KW(100 ℃)。25 ℃时，向水的电离平衡体系中加入少量氢氧化钠固体，对水的电离平衡的影响是________(填“促进”“抑制”或“不影响”)。
Ⅱ.现有常温下的六份溶液：
①0.01 mol·L－1 CH3COOH溶液
②0.01 mol·L－1盐酸
③pH＝12的氨水
④pH＝12的NaOH溶液
⑤0.01 mol·L－1 CH3COOH溶液与pH＝12的氨水等体积混合后所得溶液
⑥0.01 mol·L－1盐酸与pH＝12的NaOH溶液等体积混合所得溶液
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(1)其中水的电离程度最大的是________(填序号，下同)，水的电离程度相同的是________。
(2)若将②、③混合后所得溶液pH＝7，则消耗溶液的体积：②________(填“>”“<”或“＝”)③。
(3)将六份溶液同等稀释10倍后，溶液的pH：
①________②，③________④，⑤________⑥。(填“>”“<”或“＝”)
(4)将①、④混合，若有c(CH3COO－)>c(H＋)，则湿合溶液可能呈________(填序号)。
A．酸性 B．碱性 C．中性
解析：Ⅰ.100 ℃时，KW＝10－12,1 mol·L－1 NaOH溶液中，c(H＋)＝1×10－12 mol·L－1；25 ℃时，KW＝10－14，KW(25 ℃0.01 mol·L－1，故②、③混合，欲使pH＝7，则需溶液体积：②>③。(3)稀释相同浓度的强酸和弱酸(或强碱和弱碱)溶液，强酸(或强碱)溶液的pH变化值相对大一些。(4)由电荷守恒知：c(Na＋)＋c(H＋)＝c(CH3COO－)＋c(OH－)，仅知道c(CH3COO－)>c(H＋)，无法比较c(H＋)与c(OH－)的相对大小，也就无法判断混合液的酸碱性，故混合液可能呈酸性、碱性或中性。
答案：
Ⅰ.1×10－12 < 抑制
Ⅱ.(1)⑥ ②③④ (2)> (3)> > > (4)ABC
14．[2019·山东枣庄八中高二月考]T ℃下的某溶液中，c(H＋)＝10－x mol·L－1，c(OH－)＝10－y mol·L－1，x与y的关系如图所示。请回答下列问题：
(1)此温度下，水的离子积KW＝________，则T________25(填“>”“<”或“＝”)。
(2)在此温度下，向Ba(OH)2溶液中逐滴加入pH＝a的盐酸，测得混合溶液的部分pH如表所示：
实验序号
Ba(OH)2溶液的体积/mL
盐酸的体积/mL
溶液的pH
8
①
22.00
0.00
②
22.00
18.00
7
③
22.00
22.00
6
假设溶液混合前后的体积变化忽略不计，则a＝________，实验②中由水电离产生的c(OH－)＝________mol·L－1。
(3)在此温度下，将0.1 mol·L－1的NaHSO4溶液与0.1 mol·L－1的Ba(OH)2
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溶液按下表中甲、乙、丙、丁不同方式混合：
甲
乙
丙
丁
0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液体积/mL
10
10
10
10
0.1 mol·L－1 NaHSO4溶液体积/mL
5
10
15
20
①按丁方式混合后，所得溶液显________性(填“酸”“碱”或“中”)。
②写出按乙方式混合后，反应的离子方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③按甲方式混合后，所得溶液的pH为
________________________________________________________________________。
(4)在25 ℃下，将a mol·L－1的NaCN溶液与0.01 mol·L－1的盐酸等体积混合，反应后测得溶液pH＝7，则a________(填“>”“<”或“＝”)0.01；用含a的代数式表示HCN的电离常数Ka＝________。
解析：
(1)此温度下，水的离子积KW＝c(H＋)·c(OH－)＝10－x·10－y＝10－12·100＝1×10－12>1×10－14，升温促进水的电离，则T>25.
(2)由实验①可知，在此温度下，Ba(OH)2溶液的pH＝8，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝1×10－4 mol·L－1，向22.00 mL Ba(OH)2溶液中逐滴加入pH＝a的盐酸22.00 mL，所得溶液的pH＝6，混合溶液呈中性，则盐酸中c(H＋)＝1×10－4 mol·L－1，pH＝a＝4；实验②中溶液呈碱性，由水电离产生的c(OH－)＝c(H＋)＝1×10－7 mol·L－1。
(3)在此温度下，0.1 mol·L－1的NaHSO4溶液中c(H＋)＝0.1 mol·L－1,0.1 mol·L－1的Ba(OH)2溶液中c(OH－)＝0.2 mol·L－1。①按丁方式混合肩，由于n(OH－)＝n(H＋)，所以所得溶液显中性。②按乙方式混合后，反应的离子方程式为Ba2＋＋OH－＋H＋＋SO===BaSO4↓＋H2O。③按甲方式混合后，OH－剩余，所得溶液中c(OH－)＝ mol·L－1＝0.1 mol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝1×10－11 mol·L－1，故所得溶液的pH为11。
(4)NaCN＋HCl===HCN＋NaCl，若NaCN与HCl恰好完全反应生成HCN和NaCl，则HCN电离产生H＋而使溶液呈酸性，只有反应剩余能够水解产生OH－的NaCN时，才能使得反应后溶液pH＝7，所以a>0.01；由电荷守恒可得c(H＋)＋c(Na＋)＝c(OH－)＋c(CN－)＋c(Cl－)，溶液pH＝7，则c(H＋)＝c(OH－)，即c(CN－)＝c(Na＋)－c(Cl－)＝ mol·L－1，则Ka＝
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eq f(c(CN－)·c(H＋),c(HCN))＝＝(100a－1)×10－7。
答案：
(1)1×10－12 >
(2)4 10－7
(3)①中 ②Ba2＋＋OH－＋H＋＋SO===BaSO4↓＋H2O ③11
(4)> (100a－1)×10－7
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