第二节 水的离子积和溶液pH值

第二节水的离子积和溶液pH值[基础知识精析]复习目标：1．水的电离平衡和离子积的概念；2．影响水的电离平衡的因素；3．溶液的酸碱性和pH的关系；4．酸碱指示剂及变色范围和变色原理。

5．掌握水的离子积常数及溶液pH值表示的意义；6．掌握C(H+)、pH值与溶液酸碱性的关系；7．了解指示剂的变色范围，学会pH值的使用方法；8．掌握溶液pH值的有关计算。

一、水的离子积是指水达到电离平衡时的离子浓度的乘积。

通常把K w叫做水的离子积常数，简称水的离子积，K w只与温度有关。

已知在25℃时，水中的H＋浓度与OH－浓度均为1×10－7 mol·L-1，所以在25℃时，K w= c(H＋)·c(OH－)=1×10－7×1×10－7=1×10－14。

二、影响水的电离的因素页：11．加入酸或碱，抑制水的电离，K w不变；2．加入某些盐，促进水的电离，K w不变；3．电离过程是一个吸热过程，升高温度，促进水的电离，水的离子积增大。

三、溶液的酸碱性和pH值页：11．常温时，由于水的电离平衡的存在，不仅纯水，而且在酸性或碱性的稀溶液中，均存在H＋、OH－，且c（H＋）·c（OH－）=1×10－14。

中性溶液中，c（H＋）=c（OH－）=1×10－7 mol·L-1；酸性溶液中，c（H＋）＞c（OH－），c（H＋）＞1×10－7 mol·L-1；碱性溶液中，c（H＋）＜c（OH－），c（H＋）＜1×10－7 mol·L-1。

强调：①含水的稀溶液中，H＋与OH－共存，H＋与OH－的相对多少决定溶液的酸碱性，但二者浓度的积必为常数；②碱性溶液中的c(H＋)= K w/c（OH－）；同理，酸性溶液中的c(OH－)= K w/ c（H＋）。

说明：当我们表示很稀的溶液时，如，c（H＋）=1×10－7 mol·L-1，用c（H＋）或c（OH－）表示溶液的酸碱性很不方便。

2．溶液的pHpH=-lg｛c（H＋）｝强调：①c（H＋）=m×10－n mol·L-1，PH=n－lgm。

pH只适用于C(H+)≤1 mol/L或C(OH－)≤1 mol/L的稀溶液，即pH取值范围为0 ~ 14，当C(H+)> 1 mol/L或C(OH－)> 1 mol/L 反而不如直接用C(H+)或C(OH－)表示酸碱度方便。

常温下溶液酸碱性与pH的关系页：1中性溶液中，c （H ＋）=1×10－7 mol·L -1，PH=7；酸性溶液中， c （H ＋）＞1×10－7 mol·L -1，溶液酸性越强，溶液的PH 值越小；碱性溶液中， c （H ＋）＜1×10－7 mol·L -1，PH ＞7，溶液碱性越强，溶液的PH 值越大。

四、酸碱指示剂及变色范围和变色原理；pH 的测定方法。

1．常用的试液和试纸，PH 试纸的使用，酸碱指示剂的变色范围和变色原理。

中和滴定时指示剂的选择：强酸和强碱中和滴定时，可选用酚酞或甲基橙作指示剂；强酸和弱碱中和滴定时，当酸碱反应达到等当点时，溶液的PH 值小于7，一般选用甲基橙作指示剂，而不选用酚酞作指示剂；弱酸和强碱中和滴定时，当酸碱反应达到等当点时，溶液的PH 值大于7，一般选用酚酞作指示剂，而不选用甲基橙作指示剂。

2．常用指示剂的变色范围：甲基橙 3.1-4.4； 石蕊 5-8； 酚酞 8.0-10.0五、pH 的计算（1）[H +]=C 酸α酸（弱酸） [H +]=nC 酸[OH -]=C 碱α碱（弱碱） [OH -]=nC 碱 （2）Kw = [H +][OH -] ; [H +]=][-OH Kw [OH -] =][+H Kw (3) pH=-lg[H +]pOH=-lg[OH -](4)pH + pOH = 14（25℃）例1求0.1mol/L 醋酸溶液中的[OH -]？（25℃、α＝1.32%）[解析] [H +]=C 酸α酸=0.1mol/L ⨯1.32%=1.32⨯10-3mol/L[OH -] =][+H Kw =7.58⨯10-12mol/L [点评] 由水的离子积可知，在水溶液中，H +和OH -离子共同存在，无论溶液呈酸性或碱性。

由此我们可以进行有关[H +]、[OH -]的简单计算例2中学常用的酸碱指示剂有_ __、 和__ _，测定溶液pH 值较简便的方法操作是__ _ 。

[解析] 页：1石蕊、酚酞、甲基橙；用玻璃棒沾少量被测液滴到PH 试纸上，与标准比色卡比较[点评] 掌握酸碱指示剂及变色范围和变色原理及pH 的测定方法、注意事项。

[思路方法拓展]一、溶液的酸碱性和PH （[H +]和[OH －]的相对大小）1．负号可理解为PH 值和[H +]变化的趋势是相反的，PH 值越大，[H +]越小；2．PH 值只适用于物质的量浓度小于1mol ·L －1的稀溶液。

PH ＝7时溶液呈中性只适用于25℃时。

①酸溶液逐渐稀释时，PH 值逐渐增大，但只能无限接近于7，不能大于7。

（一般来说，强酸溶液稀释体积增大为原来的10倍时，PH 值增加1；而弱酸溶液体积增大为原来的10倍时，PH 值增大不到1。

②PH 值和溶液的物质的量浓度是两个不同的概念。

PH 值相同时，不论什么溶液[H +]均相同，但溶液的物质的量浓度不一定相同。

一般来说，PH 值相同时，酸（碱）越弱，其物质的量浓度越大；物质的量浓度相同时，酸越弱，其PH 值越大，碱越弱，其PH 值越小。

③体积相同，PH 值相同的不同酸（不考虑多元弱酸）与金属反应时，酸越弱，放出H 2越多；都为强酸时，放出H 2量相同，与酸是几元酸无关。

体积相同，物质的量浓度相同的不同酸与金属反应时，多元酸放出的H 2多，与酸的强弱无关。

小结：酸溶液和金属反应时，反应速率决定于溶液中[H +]的大小，放出H 2的量决定于酸最多能提供的H +的物质的量（决定于酸的浓度以及酸是几元酸）。

二、关于溶液pH 的计算1．强酸、强碱自相或互相混合（体积变化忽略不计）（1）酸I+酸II [H +] = III II I V V H n H n ++++)()( (2)碱I+碱II [OH -] = II I II I V V OH n OH n ++--)()( （3）酸I+碱II完全中和：[H +] = [OH -] = 1710-⨯mol/L 酸过量： [H +]= II I II I V V OH n H n +--+)()( 碱过量：[OH -] = II I II I V V H n OH n +-+-)()( 关于混和溶液pH 值的大小分析与计算试题的思考基点是混和溶液中c(H +)、c(OH -)的大小分析与计算。

若酸碱溶液混合，如过量，应以过量一方分析与计算；如恰好完全反应，以生成的盐的性质分析溶液的pH 值。

若酸酸、碱碱混合，应以H +或OH -分析或计算。

2．酸碱稀溶液pH 值计算途径n 元强酸 n 元弱酸 n 元强碱 n 元弱碱[H +]=nC 酸 [H +]=C 酸α酸 [OH -]=nC 碱 [OH -]=C 碱α碱[H +] [OH -]pH pOH3．溶液酸碱性pH 计算方法（1） 两强酸等体积混合pH=2 [H +] = 2101042--+ = 2102-mol/LpH=4(2) 两强碱等体积混合pH=10pH=12 [OH -] = 2101042--+ = 2102-mol/L [H +] = 51210-⨯mol/LpH = 14 – pOH = 11.7(3) 强酸、强碱等体积混合：pH = 2 酸过量： [H +] = 2101042--- = 2102-mol/L pH=10pH = 5 碱过量 [OH -] = 2101053--- = 2103-mol/L pH = 11 pH = 14 - pOH = 10.74．溶液酸碱性、pH 值计算经验规律（1）当按所给反应物质的量之比计算时，酸碱不论强弱，谁大谁过剩，溶液呈谁性。

（2）酸碱等体积混合pH = 2 某酸pH 难定pH = 12 某碱pH = 4 某酸pH<=7pH = 10 NaOHpH = 4 H 2SO 4pH>=7pH = 10 某碱0.01mol/L pH = 2 一元酸pH = 70.01mol/L pH = 12一元碱(3) pH 减小一个单位，[H +]扩大为原来的10倍。

PH 增大2个单位，[H +]减为原来的1001例1下列四种溶液中，由水电离生成的氢离子浓度之比（①∶②∶③∶④）是①pH=0的盐酸，②0.1mol·L -1的盐酸，③0.01mol·L -1NaOH 溶液，④pH=11的NaOH 溶液。

A.1∶10∶100∶1000B.0∶1∶12∶11C.14∶13∶12∶11D.14∶13∶2∶3[分析] 分别计算出四种溶液的由水电离的c （H +）H2O ：①中c （H +）H2O = c(OH －) H2O = K w / c （H +）= 10－14/1= 10－14；②中c （H +）H2O = c (OH －) H2O = K w / c （H +）= 10－14/10－1= 10－13；③中c （H +）H2O = K w / c (OH －)= 10－14/10－2 =10－12；④中c （H +）H2O = K w / c (OH －)= 10－14/10－3 =10－11。

所以，四种溶液中由水电离生成的氢离子浓度之比为1∶10∶100∶1000。

[解答] A[小结] 含水的稀溶液中，H＋与OH－共存，H＋与OH－的相对多少决定溶液的酸碱性，但二者浓度的积必为常数；碱性溶液中的c(H＋) H2O= K w/c（OH－），同理，酸性溶液中的c(OH－) H2O= K w/ c（H＋）。

例2常温下,一定浓度的NaOH溶液与某一浓度的乙酸钠溶液中水的电离度之比为10-7,则这两种溶液的PH值之和为( )A.22B.21C.15D.14[分析]设乙酸钠溶液中水所电离的c(OH－)H2O为x摩/升(乙酸钠水解呈碱性,这些OH-均由水电离所得,从而也可求出该溶液中c（H＋）=1014-x摩/升)、NaOH溶液中的水所电离的c(H＋) H2O为y摩/升由题意可知:yx=-107PH（和）=-lgy-lg 1014-x=-lg10-7x-lg1014-x=-(lg10-7x+lg1014-x)=-lg10-21=21[解答] B[小结] 酸溶液由c(OH－)H2O反映水的电离情况，碱溶液由c(H＋)H2O反映水的电离情况；而盐溶液中，无论H＋还是OH－均来自水的电离。