标题 | 关于水电离常考知识点的全面突破 |
范文 | 李晓峰 常考知识点一、水的电离及水的离子积常数 1.水的电离:水是极弱的电解质,水的电离方程式为 H2O+H2OH3O++OH- 或H2OH++OH- 2.水的离子积常数: Kw=c(H+)·c(OH-)。 (1)室温下(25℃):Kw=1×10-14;100℃时,Kw=1×10-12。 (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,即:酸性或碱性的稀溶液,不管哪种溶液均有:c(H+)水=c(OH-)水,c(H+)溶液·c(OH-)溶液=Kw。 (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。 例1(1)与纯水的电离相似,液氨中也存在着微弱的电离: 2NH3NH+4+NH-2 据此判断以下叙述中错误的是 ( )。 A.液氨中含有NH3、NH+4、NH-2等微粒 B.一定温度下液氨中c(NH+4)·c(NH-2)是一个常数 C.液氨的电离达到平衡时c(NH3)=c(NH+4)=c(NH-2) D.只要不加入其他物质,液氨中c(NH+4)=c(NH-2) (2)完成下列反应的化学方程式 ①在液氨中投入一小块金属钠,放出气体。 ②NaNH2溶于水的反应。 ③类似于“H++OH-H2O ”的反应。 解析此题要求掌握水自偶的实质(水分子电离产生的H+与H2O结合形成H3O+) 以及水的电离平衡,并能迁移应用于对NH3电离的认识:NH3分子电离产生H+和NH-2,H+与NH3结合生成NH+4,液氨电离产生等量的NH-2与NH+4,一定温度下离子浓度乘积为一常数;NH+4类似于H+,NH-2类似于OH-,所以其答案为:(1)C(2)①2Na+2NH3H2↑+2NaNH2; ②NaNH2+H2ONaOH+NH3↑或NH-2+H2OOH-+NH3↑ ;③NH-2+NH+42NH3↑或NH4Cl+NaNH22NH3↑+NaCl 例2某温度下纯水中c(H+)=2×10-7 mol/L,则此时溶液中的c(OH-)=。 若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-6 mol/L,则此时溶液中的c(OH-)= 。 解析由水电离产生的H+与OH-量始终相等,知纯水中c(H+)水=c(OH-) 水。根据纯水中c(H+)与c(OH-)可求出此温度下水的Kw的值,由Kw的性质(只与温度有关,与离子浓度无关),若温度不变,稀盐酸中Kw仍为此值,利用此值可求出盐酸中的c(OH-)。所以其答案为:纯水中c(H+)水=c(OH-) 水=2×10-7 mol/L,Kw= c(H+)·c(OH-)=2×10-7×2×10-7=4×10-14;稀盐酸中c(OH-)= Kw/c(H+)=(4×10-14)/(5×10-6)=8×10-9 mol/L 常考知识点二、水电离平衡的影响因素及平衡移动方向的判断 外界条件影响水电离平衡的因素主要有以下几点: 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。 外界条件对水电离平衡的影响见表1。 其他:如加入Na正不变增大增大减小 例3能促进水的电离,并使溶液中c(H+)>c(OH-)的操作是 ( )。 (1)将水加热煮沸;(2)向水中投入一小块金属钠;(3)向水中通CO2;(4)向水中通NH3;(5)向水中加入明矾晶体;(6)向水中加入NaHCO3固体;(7)向水中加NaHSO4固体。 A.(1)(3)(6)(7) B.(1)(3)(6) C.(5)(7) D.(5) 解析本题主要考查外界条件对水的电离平衡的影响,按上述归纳知,能促进水的电离的条件可能有加热,加可水解的盐,加能与水反应的物质等,但本题除促进水的电离外,还符加了条件c(H+)>c(OH-),尽管(1)(2)(5)(6)都能促进水的电离,但唯有(5)中c(H+)>c(OH-),所以本题正确选项应为D。 例425 ℃时,相同物质的量浓度的下列溶液:①NaCl;②NaOH;③H2SO4; ④(NH4)2SO4,其中水的电离程度按由大到小顺序排列的一组是()。 A.④>③>②>①B.②>③>①>④ C.④>①>②>③ D.③>②>①>④ 解析分析四种物质可知②NaOH、③H2SO4抑制水的电离,①NaCl不影响水的电离平衡,④(NH4)2SO4促进水的电离(NH+4水解),在②③中H2SO4为二元强酸,产生的c(H+)大于NaOH产生的c(OH-),抑制程度更大,故顺序为④>①>②>③,所以本题可选C。 常考知识点三、水电离的c(H+)或c(OH-)的计算 要正确计算水电离的c(H+)或c(OH-),必须弄清各种溶液中H+或OH-的来源,其具体要点可归纳如下: 1.常温下,中性溶液:c(H+)水=c(OH-)水=1×10-7 mol·L-1 2.溶质为酸的溶液 :c(H+)应该是酸电离产生的H+与水电离产生的H+之和,但由于水电离产生的H+远远小于酸电离产生的H+,一般把水电离产生的H+忽略,实际上酸溶液中OH-全部来自水的电离,即c(OH-)溶液=c(OH-)水=c(H+)水。 例如:计算pH=2的盐酸溶液中水电离出的c(H+)=? 方法:先求出溶液中的c(OH-)水= c(OH-)溶液=Kw/(1×10-2) mol·L-1=1×10-12 mol·L-1,即水电离出的c(H+)水=c(OH-)水=1×10-12 mol·L-1。 3.溶质为碱的溶液:c(OH-)应该是碱电离产生的c(OH-)与水电离产生的c(OH-)之和,但由于水电离产生的c(OH-)远远小于碱电离产生的c(OH-),一般把水电离产生的OH-忽略,实际上碱中H+全部来自于水的电离,即c(H+)溶液=c(H+)水=c(OH-)水。 例如:计算pH=12的NaOH溶液中水电离出的c(OH-)=? 方法: 因为溶液中:c(H+)水=c(H+)溶液=1×10-12 mol·L-1,即水电离出的c(OH-)水=c(H+)水=1×10-12 mol·L-1。 4.水解呈酸性或碱性的盐溶液: 例如:(1)pH=5的NH4Cl溶液中H+全部来自于水的电离,由水电离c(H+)水=1×10-5 mol·L-1,因为部分OH-与部分NH+4结合,溶液中c(OH-)溶液=Kw/(1×10-5) mol·L-1=1×10-9 mol·L-1。 (2)pH=12的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离出的c(OH-)水=Kw/(1×10-12) mol·L-1=10-2 mol·L-1。 结论:能水解的盐溶液中,显强性对应的离子浓度就是水中相应离子的浓度。即强酸弱碱盐中:c(H+)溶液=c(H+)水 ;强碱弱酸盐中: c(OH-)溶液=c(OH-)水。 特别注意: (1)注意区分溶液组成和性质的关系:酸性溶液不一定是酸溶液,碱性溶液不一定是碱溶液。 (2)温度相同、pH相同的溶液对水的电离程度影响并不一定相同。 例如:pH=3的盐酸和NH4Cl溶液,前者抑制水的电离,后者反而促进水的电离; 又如:pH=10的NaOH溶液和CH3COONa溶液,前者抑制水的电离,后者反而促进水的电离。 (3)常温时,由水电离产生的c(H+)<1×10-7 mol/L的溶液,因水的电离受到抑制,可能是酸性溶液也可能是碱性溶液。 例5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-)= 。 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(OH-)。 (2)pH=10的NaOH溶液中,OH-有两个来源:H2O的电离和NaOH的电离,H+只来源于水,应先求出c(H+),即为水电离的c(H+),c(H+)=1×10-10 mol·L-1,则水电离的c(H+)=c(OH-)=1×10-10 mol·L-1。 (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中由水电离产生的c(H+)水=1×10-2 mol·L-1;pH=10的Na2CO3溶液中由水电离产生的 c(OH-)水=1×10-4 mol·L-1。 所以本题答案为: (1)1×10-12 mol·L-11×10-12 mol·L-1 (2)1×10-10 mol·L-11×10-10 mol·L-1 (3)1×10-2 mol·L-1 (4)1×10-4 mol·L-1 例6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;②0.1 mol·L-1的盐酸;③0.01 mol·L-1的NaOH溶液;④pH=11的NaOH溶液。 A.1∶10∶100∶1 000 B.0∶1∶12∶11 C.14∶13∶12∶11 D.14∶13∶2∶3 解析①中c(H+)=1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH-)相等,等于1.0×10-14 mol·L-1; ②中c(H+)=0.1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)=1.0×10-13 mol·L-1; ③中c(OH-)=1.0×10-2 mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(H+)相等,等于1.0×10-12 mol·L-1; ④中c(OH-)=1.0×10-3 mol·L-1,同③所述由水电离出的c(H+)=1.0×10-11 mol·L-1。 即(1.0×10-14)∶(1.0×10-13)∶(1.0×10-12)∶(1.0×10-11)=1∶10∶100∶1000,所以本题答案为:A。 常考知识点四、由水电离产生的OH-或H+的大小,判断溶液的酸碱性 此类题型的特点是:某溶液中由水电离产生的OH-或H+大小给出,来判断溶液的酸碱性求pH或判断溶液中离子能否共存。 例7某溶液中,25℃时由水电离产生的c(H+)=1×10-11mol·L-1,则该溶液的pH可能为( )。 A.11 B.3 C.8 D.7 解析在稀酸或稀碱溶液中,始终存在:c(H+)溶·c(OH-)溶=1×10-14(25℃), c(H+)水=c(OH-)水而本题中25℃时由水电离产生的c(H+)=1×10-11mol·L-1,显然此溶液中水的电离受到抑制,该溶液可能为酸溶液,也可能为碱溶液,所以可分为两种情况讨论:(1)若为酸溶液,则溶液中的OH-全部是由水电离出,且c(OH-)溶液=c(OH-)水=c(H+)水=1×10-11mol·L-1,溶液中的总H+浓度为:c(H+)溶=Kw/c(OH-)溶=1×10-3mol·L-1,则溶液pH=3;(2)若为碱溶液,则溶液中的H+全部是由水电离产生,且c(H+)溶=c(H+)水=1×10-11mol·L-1, pH=-lgc(H+)=11,所以本题答案为:A、B。 例8室温时,某溶液中由水电离生成的H+和OH-物质的量浓度的乘积为1×10-24,则在该溶液中一定不能大量共存的离子组是( )。 A.Al3+、Na+、NO-3、Cl- B.K+、Na+、Cl-、CO2-3 C.NH+4、Na+、Cl-、SO2-4 D.NH+4、K+、SiO2-3、NO-3 解析由水电离生成的H+和OH-物质的量浓度的乘积为1×10-24知,水电离受到抑制,可能是酸性溶液,也可能是碱性溶液,D中离子既不能在酸性溶液中大量共存,也不能在碱性溶液中大量共存,所以本题答案为D。 巩固练习 : 1、一定温度下,水存在H2O H++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+)=10-7 mol·L-1,Kw不变 2、下列粒子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.[··O······H]- C.NH+4 D. 3、25℃时,某溶液中由水电离产生的c(H+)和c(OH-)的乘积为1×10-18,则下列说法正确的是( ) A.该溶液的pH一定是9 B.该溶液的pH可能为5 C.该溶液的pH可能是7 D.不会有这样的溶液 4、常温下,某溶液中由水电离的c(H+)=1×10-13 mol·L-1,该溶液可能是( ) ①二氧化硫水溶液 ②氯化铵水溶液 ③硝酸钠水溶液 ④氢氧化钠水溶液 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ 5、短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,其简单离子都能破坏水的电离平衡的是( ) A.W2-、X+ B.X+、,Y3+ C.Y3+、Z2- D.X+、Z2- 参考答案及提示: 1、B(提示:因A Kw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10-7) 2、C(提示:A项,CH3COOH电离出H+,使水的电离平衡左移;B项,OH-能使水的电离平衡左移;C项,NH+4会水解,使水的电离平衡右移;D项,Cl-不影响水的电离平衡) 3、B(提示:该溶液中水提供的c水(OH-)=c水(H+)=1×10-9 mol·L-1。显然远比纯水提供的c(H+)和c(OH-)小得多,这说明水的电离受到了酸或碱的抑制。若为酸溶液,则酸提供的 c(H+)=1×10-5 mol·L-1,pH=5;若为碱溶液,则碱提供的c(OH-)=1×10-5 mol·L-1,即pH=9) 4、A(提示:由水电离的c(H+)=1×10-13 mol·L-1<1×10-7 mol·L-1,即该溶液中的溶质抑制了水的电离,因此要么加碱抑制,要么加酸抑制,故①④正确) 5、C(提示:依“短周期元素”“原子序数依次增大”和选项中离子所带的电荷数,可以判断出四种元素对应的离子分别是O2-、Na+、Al3+和S2-,其中Na+对水的电离平衡无影响,故排除A、B、D三项) (收稿日期:2016-02-15) |
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