第二节 水的电离和溶液的酸碱性

2016-01-08 15:11:20   来源：教师发展中心   撰稿：董 啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

〖引入〗展示水的图片

    水之美：水是生命之源，水在自然界扮演着重要的角色，我们每时每刻都离不开水。在化学中，水同样也是非常重要的，水是溶液的重要组成部分，许多化学反应都离不开水，特别是溶液中的离子反应。这里涉及一个非常重要的问题，水是不是电解质。下面，我们通过来探究寻找答案。

【知识回顾】

电解质定义：在水溶液里或熔融状态下能导电的化合物，叫做电解质。

电解质实质：在水溶液里或熔融状态下能发生电离的化合物。

强弱电解质的判断：在电离条件下，全部电离成离子的电解质，叫做强电解质；只有部分电离成离子的电解质，叫做弱电解质。

【探究主题】1. 水是不是电解质？

（1）同学们，请你结合电解质的定义和实质，设计实验探究水是不是电解质？若水是电解质，水是强电解质还是弱电解质？

【小资料】

精确实验证明：

①纯水大部分以水分子形式存在，但其中也存在着极少量的H₃O⁺ 和OH^－。

②25℃时，测得在1升纯水中含有55.56mol水分子，含有1.0×10^-7mol H₃O⁺和1.0×10^-7mol OH^－。

【分析】精确的实验证明，水是电解质，而且是一种极弱的电解质。

【探究结论】水是一种极弱的电解质。

（2）水是一种弱电解质，水的电离方程式如何书写？

【分析】水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离，生成H₃O⁺ 和OH^－。

【探究结论】水的电离方程式可表示为：

H₂O + H₂O  H₃O⁺ + OH^－         或   2H₂O  H₃O⁺ + OH^－

简写为：   H₂O  H⁺ + OH^－

【过渡】我们已经知道了，水中存在c(H⁺)和c(OH^－)，它们之间有什么关系呢？

【探究主题】2．水中c(H⁺)和c(OH^－)之间的关系

（1）由于水是一种极弱的电解质，也存在电离平衡，请同学们根据水的电离方程式，写出水的电离常数的表达式。

【探究结论】水的电离平衡常数表达式：

（2）请利用水的电离平衡常数表达式分析，在水中c(H⁺) 和c(OH^－)之间有什么关系？

【分析】25℃时，在1升水中共有55.56mol水分子，但是其中只有1×10^－7mol水分子发生电离，电离前后水的物质的量几乎不发生变化。由此可见，水的物质的量浓度可以看做常数。所以，一定温度时，水的电离平衡常数表达式变形为： c(H⁺)·c(OH^-) =K_电离·c(H₂O)。所以，我们可以将两个常数合并，变成一个新的常数。由于这个常数值等于c(H⁺)和c(OH^-)的乘积，这个常数我们取一个新名字——水的离子积常数。

【探究结论】

①水的离子积常数：将K_电离与c(H₂O)的积称为一个常数，叫做水的离子积常数，简称水的离子积，符号为：Kw 。

【小贴士】由于25℃时，实验测定水中，c(H⁺)= c(OH^—)= 1×10^-7mol/L。

②常温时的，水的离子积常数：K_w = c(H⁺)·c(OH^—)=1×10^-14

【探究主题】3．水的离子积常数与温度的关系

 (1)请同学们根据下表中的数据分析，当温度变化时，K_w如何变化？

〖数据说话〗温度升高，水的离子积常数增大。

(2)请利用平衡移动原理分析，为什么温度升高，水的离子积常数增大？

【分析】弱电解质的电离过程吸热，升高温度，电离平衡正移。升高温度，水的电离程度增大， Kw增大。

【探究结论】温度升高，水的电离程度增大，Kw增大。

【小贴士】由于温度升高时K_w增大，所以使用K_w时，一定要注意对应温度，温度不同，K_w数值不同。

【过渡】我们已经知道了温度对水的离子积常数的影响，c(H⁺)和c(OH^—) 对水的离子积常数有没有影响呢？我们继续探究。在25℃时，纯水中，c(H⁺)= c(OH^—)= 1×10^-7mol/L，显中性，K_w = c(H⁺)·c(OH^—)=1×10^-14

【探究主题】4．溶液的酸碱性与c(H⁺)和c(OH^—)的关系

(1)利用平衡移动原理分析，在一定温度时，向水中加入酸和碱对水的电离平衡有什么影响？水的离子积如何变化？

①在一定温度时，向水中加入盐酸后，溶液显酸性，溶液中c(H⁺) 增大，水的电离平衡逆向移动，水的电离程度减小，c(OH^－) 减小，而Kw不变。

②在一定温度时，向水中加入加入NaOH溶液后，溶液显碱性，溶液中c(OH^－) 增大，水的电离平衡逆向移动，水的电离程度减小，c(H⁺)减小而Kw不变。

【探究结论】在一定温度时，向水中加入加入酸或碱后，水的电离平衡逆向移动，水的电离程度减小，但Kw不变。

【小贴士】

水的离子积常数，不仅适用于纯水，也适用于电解质的水溶液。

(2) 在一定温度时，溶液的酸性和碱性与c(H⁺)和 c(OH^—)的大小关系？

25℃时，酸碱对水的电离平衡的影响

【探究结论】在一定温度时，溶液的酸、碱性主要取决于c(H⁺)与c(OH^—)的相对大小。中性溶液：c(H⁺)=c(OH^－)；酸性溶液：c(H⁺)>c(OH^－)；碱性溶液：c(H⁺)<c(OH^－)。

【活学活用】

1．已知25℃的某溶液的c(OH^－)为1×10^-3mol/L，计算该溶液的c(H⁺)。

2．关于水的离子积常数，下列说法不正确的是(　　)

A．在水溶液中，c(H^＋)·c(OH^－)一定等于1×10^－14

B．一定温度时，在溶液中，c(H^＋)越大，c(OH^－)越小

C．25℃时，任何以水为溶剂的稀溶液中c(H^＋)·c(OH^－)＝1×10^－14

D．K_W值随温度升高而增大

3．在某温度时，测得纯水中c(H^＋)＝2.0×10^－7 mol·L^－1，则c(OH^－)为 (　)

A．2.0×10^－7 mol·L^－1                        B．0.1×10^－7 mol·L^－1

C．5.0×10^－8mol·L^－1                         D．无法确定

【自主探究】

（1）酸性溶液中是否存在OH^－，碱性溶液中是否存在H⁺？

【探究结论】在电解质的水溶液中，H⁺与OH^—总是共存，但不能大量共存。

（2）向水中加酸（或加碱）后，溶液中的c(H⁺)和c(OH^－)总浓度发生变化，由水电离出的c(H⁺)与c(OH^－)如何变化？还相等吗？

【探究结论】向水中加酸（或加碱）后，均可以使水的电离平衡逆向移动，抑制水的电离，由水电离出的c(H⁺)与c(OH^—)均减小，但总是相等。

（3）如果温度升高，纯水中c(H⁺)和c(OH^-)发生了变化，此时是否还是中性？

【探究结论】对于纯水，如果温度升高，尽管Kw增大，水的电离程度增大，c(H⁺)和c(OH^-)大于×10^-7mol/L，但仍然是c(H⁺)=c(OH^-)，纯水永远显中性。

【分享与交流】

通过这节课探究学习了有关水的电离的知识，你有什么收获？请与大家分享！

【学以致用】

1．向纯水中加入少量NaHSO₄，在温度不变时，溶液中       (　　)

A．c(H^＋)/c(OH^－)增大                     B．c(H^＋)减小

C．水中c(H^＋)与c(OH^－)的乘积增大        D．c(OH^－)增大

2．某温度下，测得纯水中的c(OH^－)约为1×10^-6mol/L，0.05mol/L的硫酸溶液中，由水电离出的c(H⁺)为多少？

〖板书设计〗    第二节    水的电离和溶液的酸碱性

一、水的电离

1、水的电离：H₂O + H₂O  H₃O⁺ + OH^— 简写为：H₂O  H⁺ + OH^—

2、水的离子积：Kw =c(H⁺)·c(OH^-)

3、水的离子积应用：水的离子积常数有非常重要的应用，可求算酸或碱溶液中的［OH^-］或［H⁺］。

〖教后记〗