水的電離和溶液的pH

水的電離和溶液的pH

教學目標

知識目標
　　了解水的電離和水的離子積；
　　了解溶液的酸堿性和pH值的關系及有關pH值的簡單計算。

能力目標
　　培養學生的歸納思維能力及知識的綜合應用能力。

情感目標
　　對學生進行對立統一及事物間相互聯系與相互制約的辯證唯物主義觀點的教育。

 
教學建議

教材分析

　　本節內容包括水的電離、水的離子積、水的pH。只有認識水的電離平衡及其移動，才能從本質上認識溶液的酸堿性和pH值。本節的學習也為鹽類的水解及電解等知識的教學奠定基礎。

　　教材從實驗事實入手，說明水是一種極弱的電解質，存在著電離平衡。由此引出水的電離平衡常數，進而引出水的離子積，并使學生了解水的離子積是個很重要的常數。在25℃時， ，這是本節教學的重點之一。

　　本節教學的另一個重點是使學生了解在室溫時，不僅是純水，就是在酸性或堿性稀溶液中，其 濃度與 濃度的乘積總是一個常數— 。使學生了解在酸性溶液中，不是沒有 ，而是其中的 ；在堿性溶液中，不是沒有 ，而是其中的 ；在中性溶液中，并不是沒有 和 ，而是 。使學生了解溶液中 濃度與 濃度的關系，了解溶液酸堿性的本質。工在此基礎上，教材介紹了 的含義，將 與 聯系起來，并結合圖3－7，介紹了有關 的簡單計算。圖3－8是對本部分內容的小結。

　　使用 來表示溶液的酸堿性是為了實際使用時更簡便，教材的最后提到了溶液的 大于1mol/L時，一般不用 來表示溶液的酸堿性，而是直接用 的濃度來表示，以教育學生應靈活應用所學的知識。

教法建議

　　從水的電離平衡入手，掌握水的離子積和溶液的pH。

　　水的離子積的教學是完成本節教學任務的關鍵，從純水是弱電解質，只能微弱的電離出發，應用電離理論導出水的離子積常數。推導過程中應著重說明電離前后 幾乎不變的原因，并將其看做常數。然后由兩個常數的乘積為常數而得出水的離子積常數。啟發學生應用平衡移動原理，討論溫度對水的電離平衡的影響，進而得出水的離子積隨溫度升高而增大這一結論。

　　關于水溶液的酸堿性的教學是從電離平衡移動入手。

　　當在純水中加入強酸時，水的電離平衡向逆方向移動，使氫離子濃度上升，氫氧根離子濃度等倍數下降。如：達到電離平衡時， 增至 ， 則會減至 ，在溶液中水的離子積仍保持不變。

　　在水溶液中， 和 是矛盾對立的雙方，共處于電解質水溶液的統一體中，它們各以對方的存在為自己存在的條件，相互依存，相互斗爭，又相互轉化，離子濃度主的一方決定溶液的酸堿性。即：

　　    溶液呈酸性

　　    溶液呈中性

　　    溶液呈堿性

　　關于溶液pH的教學，指出用 的數值可以表示溶液的酸堿度，但當溶液酸性很弱時，使用 不方便，常采用 的負對數表示溶液的酸堿度，這就是溶液的pH。其數學表達式是：

 的負對數叫溶液的pOH，表達式：

　　在這部分教學中要使學生理解pH的適用范圍，理解 與pH間的相互關系。如適用范圍是“常溫”“水溶液”“稀溶液”，只有在常溫下的水溶液，水的離子積Kw才等于 ，而當酸、堿溶液的 或 大于1mol/L時，使用負對數表示溶液的酸堿度反而不大方便，此時，可直接用物質的量濃度表示溶液的酸堿度。

　　導出以下關系：pH + pOH = 14，pH = 14—pOH。利用這一關系可以方便計算出堿溶液的pH。

教學設計示例

課題：水的電離和溶液的pH值

重點：水的離子積， 、 與溶液酸堿性的關系。

難點：水的離子積，有關 的簡單計算。

教學過程

引言：

　　在初中我們學習了溶液的酸、堿度可用pH值表示，這是為什么呢？為什么可以用pH表示溶液的酸性，也可以表示溶液的堿性？唯物辯證法的宇宙觀認為：“每一事物的運動都和它周圍的其他事物相互聯系著和相互影響著。”物質的酸堿性是通過水溶液表現出來的，所以，先研究水的電離。

1．水的電離

［實驗演示］用靈敏電流計測定純水的導電性。

　　現象：靈敏電流計指針有微弱的偏轉。

　　說明：能導電，但極微弱。

　　分析原因：純水中導電的原因是什么？

　　結論：水是一種極弱電解質，存在有電離平衡：

　　

　　

　　在25℃時，1L純水中（即55.56mol/L）測得只有 的 發生電離。

　　（1）請同學生們分析：該水中 等于多少？ 等于多少？ 和 有什么關系？

　　①

　　②

　　③

　　（2）水中

　　

　　

　　這個乘積叫做水的離子積，用 表示。

　　

　　（3）請同學從水的電離平衡常數推導水的離子積K。

　　（4）想一想

　　①水的電離是吸熱？還是放熱？

　　②當溫度升高，水的離子積是：        （升高，降低或不變）

　　③當溫度降低，水的離子積是：         （“增大”，“減小”或“不變”）

　　［結論］水的電離是個吸熱過程，故溫度升高，水的 增大。25℃時，

；100℃時， 。

　　（5）水的離子積是水電離平衡時的性質，它不僅適用于純水，也適用于任何酸、堿、鹽稀溶液。即溶液中

　　①在酸溶液中， 近似看成是酸電離出來的 濃度， 則來自于水的電離。

　　且

　　②在堿溶液中， 近似看成是堿電離出來的 濃度，而 則是來自于水的電離。　

　　［想一想］

　　為什么酸溶液中還有 ？堿溶液中還有 ？它們的濃度是如何求出來的？

　　2．溶液的酸堿性和pH

　　（1）溶液的酸堿性

　　常溫時，溶液酸堿性與 ， 的關系是：

　　中性溶液： ， ， 越大，酸性越強， 越小，酸性越小。

　　堿性溶液： ， ， 越大，堿性越強， 越小，堿性越弱。

　　（2）溶液酸堿性的表示法：

　　①當 或 大于1mol/L時，可直接用 或 來表示溶液酸堿性。

　　②若 或 小于1mol/L，如 ，或

，這種表示溶液酸堿就很不方便，化學上采用pH來表示溶液酸堿性的強弱。

　　pH為氫離子物質的量濃度的負常用對數，表示溶液酸堿度強弱。

練習：

1．25℃時，純水的pH？

　　解：純水，25℃時

　　∴

　　答：25℃純水pH為7。

2．物質的量濃度為 鹽酸溶液pH？

　　解：

　　　　 1       ：     1

　　     

　　∴

　　

　　答： 鹽酸pH為2。

3．物質的量濃度為 的 溶液pH？

　　解：

　　　　　　1     ：       1

　　　　    

　　

　　∴

　　∴

　　答： 鹽酸pH為12。

　　③溶液中 ，pH與溶液酸堿性關系。

　　在中性溶液中，   

　　在酸性溶液中，   

　　酸溶液酸性越強， 越大，pH越小。

　　在堿性溶液中，   

　　堿溶液堿性越強， 越小，pH越大。

重點、難點剖析：

1．影響水電離的因素

　　（1）溫度：電離過程是一個吸熱過程，溫度越高，水電離程度越大， 也增大。

　　25℃時，    

　　100℃時，   

　　（2）酸或堿電離出來的 或 都會抑制水的電離，使水電離出來的 與 濃度減小。其對水的電離抑制程度決定于酸堿的 或 ，而與酸堿的強弱無關。

　　（3）溶液的酸堿性越強，水的電離度不一定越小。（具體實例待學習鹽水解時介紹）

2．在酸、堿、鹽溶液中，水電離出來的

　　（1）酸溶液中：溶液中 約等于酸電離出來的 ，通過求溶液中 ；水電離出來的 等于 ；

　　（2）堿溶液中：溶液中 約等于堿電離出來的 ，通過求溶液 ，此 就是水電離出的 且等于溶液中水電離出來的 。

　　（3）在水解呈酸性鹽溶液中，溶液中 等于水電離出來的 ；

　　在水解呈堿性鹽溶液中，溶液中 等于水電離出來的 。

　　pH計算的基本思路與方法：

一、知識要點

　　1． ，關鍵是求溶液的 。

　　2．強酸溶液中 ，直接由電離方程式求算。

　　3．強堿溶液中 ，先根據強堿電離方程式，求出 ，再由

　　4．弱酸溶液 ，用近似公式求算：

　　 或

　　5．弱堿溶液 ：先根據近似公式求溶液的

　　 或

二、已知pH的強酸、強堿溶液稀釋計算

　　例1  已知 的鹽酸溶液，稀釋100倍，求稀釋后溶液的pH？

　　解：∵   

　　∴稀釋100倍，則

　　

　　強酸溶液，當體積擴大100倍， 減少100倍，pH變化2個單位。

　　即pH由1變為3；溶液 減小，而 濃度增大。pH變大。

　　例2  已知 的 溶液，稀釋100倍，求稀釋后溶液pH？

　　解：∵   

　　∴

　　稀釋100倍：

　　

　　強堿溶液，當體積擴大100倍，溶液中 減少100倍，pH降低2。

總結、擴展

要  點

內  容

水（或溶液）離子積

（25℃）

溶液pH

溶液酸堿性與pH

：

擴展

　　1．已知強酸、強堿稀溶液的pH，等體積混合后，求混合液pH（近似計算）

　　適用于選擇題型與填空題型的速算規律。

混合前

混合后

條件

 

強酸，強堿等體積混合，

  

　　2．強酸強堿混合呈中性時二者體積與pH變化規律

　　（1）若pH酸＋pH堿＝14，則 ；

　　（2）若pH酸＋pH堿＞14，則 ；

　　（3）若pH酸＋pH堿＜14，則

　　3．強酸（弱堿），弱酸（強堿）加水稀釋后的pH變化規律：

　　（1）強酸， ，加水稀釋 倍，則 ；

　　（2）弱酸， ，加水稀釋 倍，則 ；

　　（3）強堿， ，加水稀釋 倍，則 ；

　　（4）弱堿， ，加水稀釋 倍，則 ；

　　（5）酸堿無限稀釋，pH只能接近于7，酸不可能大于7，堿不可能小于7。

二個單位，由13變為11。溶液中 減少， 增大，pH變小。

　　例1  等體積的 和 的兩種鹽酸溶液，混合后，求混合液pH？（設體積變化忽略不計）。

　　解：設混合前兩種鹽酸體積都為

　　混合前：

　　 ， ，溶液中

　　 ， ，溶液中

　　混合后，溶液中氫離子物質的量是原兩種溶液中 物質的量總積。

　　即

　　∴

　　

　　答  混合液pH為3.3。

　　例2  指導學生練習。

　　 和 的兩種 溶液等體積混合，求混合液的pH？

板書設計

第二節  水的電離和溶液pH

一、水的電離與離子積

1．水的電離

　　

　　

　　

2．水的離子積

　　

　　常溫下，

　　 （ 僅是溫度函數）

3．影響水電離的因素

　　（1）溫度：水的電離是吸熱過程，升溫促使電離， 增大。

　　（2）溶液中 ， 濃度增大，均抑制水的電離，但 不變。

二、溶液的酸堿性與pH值

　　溶液中 小于1mol/L時，用pH來表示溶液的酸堿性。

　　

　　關鍵掌握求不同溶液中的 。

 

探究習題

　　pH等于13與pH等于9的兩NaOH溶液等體積混合后，所得溶液的pH是多少？

　　pH等于1與pH等于5的兩強酸溶液各10mL，混合后溶液的pH是多少？

　　并結合以上兩題總結出規律。

參考答案：兩NaOH溶液等體積混合

　　分析  先求出兩溶液的 ，繼而求出混合溶液的 ，再據水的離子積求出混合溶液的 ，并取 負對數，即可計算出兩強堿溶液混合后的pH。

　　解：pH = 13， = ， = 。PH = 9， ， 。

　　混合后溶液的 為：



　　混合后溶液的 為：



　　混合后溶液的pH為：



　　兩強酸溶液混合：

　　分析  pH等于1的強酸溶液 為 ，pH值等于5的強酸溶液 為 ，混合后溶液的 要用原兩強酸所含 的物質的量除以混合后溶液的體積。

　　解：兩強酸溶液混合后的氫離子濃度為：



　　混合溶液的pH為：



　　小結：兩種強堿溶液等體積混合，所得溶液pH由堿性強的溶液決定，比堿性強的原溶液pH略小，其值為－0.3。兩種強酸溶液等體積混合，所得溶液的pH由酸性強的溶液決定，比酸性強的原溶液pH略大，其值為+0.3。

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