水的電離和溶液的pH
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
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(guān)系及有關(guān)pH值的簡(jiǎn)單計(jì)算。
能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維能力及知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。
情感目標(biāo)
對(duì)學(xué)生進(jìn)行對(duì)立統(tǒng)一及事物間相互聯(lián)系與相互制約的辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育。
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)內(nèi)容包括水的電離、水的離子積、水的pH。只有認(rèn)識(shí)水的電離平衡及其移動(dòng)，才能從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)溶液的酸堿性和pH值。本節(jié)的學(xué)習(xí)也為鹽類的水解及電解等知識(shí)的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。
教材從實(shí)驗(yàn)事實(shí)入手，說(shuō)明水是一種極弱的電解質(zhì)，存在著電離平衡。由此引出水的電離平衡常數(shù)，進(jìn)而引出水的離子積，并使學(xué)生了解水的離子積是個(gè)很重要的常數(shù)。在25℃時(shí)， ，這是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)之一。
本節(jié)教學(xué)的另一個(gè)重點(diǎn)是使學(xué)生了解在室溫時(shí)，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(gè)常數(shù)— 。使學(xué)生了解在酸性溶液中，不是沒(méi)有 ，而是其中的 ；在堿性溶液中，不是沒(méi)有 ，而是其中的 ；在中性溶液中，并不是沒(méi)有 和 ，而是 。使學(xué)生了解溶液中 濃度與 濃度的關(guān)系，了解溶液酸堿性的本質(zhì)。工在此基礎(chǔ)上，教材介紹了 的含義，將 與 聯(lián)系起來(lái)，并結(jié)合圖3－7，介紹了有關(guān) 的簡(jiǎn)單計(jì)算。圖3－8是對(duì)本部分內(nèi)容的小結(jié)。
使用 來(lái)表示溶液的酸堿性是為了實(shí)際使用時(shí)更簡(jiǎn)便，教材的最后提到了溶液的 大于1mol/L時(shí)，一般不用 來(lái)表示溶液的酸堿性，而是直接用 的濃度來(lái)表示，以教育學(xué)生應(yīng)靈活應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)。
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(xué)是完成本節(jié)教學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵，從純水是弱電解質(zhì)，只能微弱的電離出發(fā)，應(yīng)用電離理論導(dǎo)出水的離子積常數(shù)。推導(dǎo)過(guò)程中應(yīng)著重說(shuō)明電離前后 幾乎不變的原因，并將其看做常數(shù)。然后由兩個(gè)常數(shù)的乘積為常數(shù)而得出水的離子積常數(shù)。啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用平衡移動(dòng)原理，討論溫度對(duì)水的電離平衡的影響，進(jìn)而得出水的離子積隨溫度升高而增大這一結(jié)論。
關(guān)于水溶液的酸堿性的教學(xué)是從電離平衡移動(dòng)入手。
當(dāng)在純水中加入強(qiáng)酸時(shí)，水的電離平衡向逆方向移動(dòng)，使氫離子濃度上升，氫氧根離子濃度等倍數(shù)下降。如：達(dá)到電離平衡時(shí)， 增至 ， 則會(huì)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(duì)立的雙方，共處于電解質(zhì)水溶液的統(tǒng)一體中，它們各以對(duì)方的存在為自己存在的條件，相互依存，相互斗爭(zhēng)，又相互轉(zhuǎn)化，離子濃度主的一方?jīng)Q定溶液的酸堿性。即：
溶液呈酸性
溶液呈中性
溶液呈堿性
關(guān)于溶液pH的教學(xué)，指出用 的數(shù)值可以表示溶液的酸堿度，但當(dāng)溶液酸性很弱時(shí)，使用 不方便，常采用 的負(fù)對(duì)數(shù)表示溶液的酸堿度，這就是溶液的pH。其數(shù)學(xué)表達(dá)式是：
的負(fù)對(duì)數(shù)叫溶液的pOH，表達(dá)式：
在這部分教學(xué)中要使學(xué)生理解pH的適用范圍，理解 與pH間的相互關(guān)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(dāng)酸、堿溶液的 或 大于1mol/L時(shí)，使用負(fù)對(duì)數(shù)表示溶液的酸堿度反而不大方便，此時(shí)，可直接用物質(zhì)的量濃度表示溶液的酸堿度。
導(dǎo)出以下關(guān)系：pH + pOH =14，pH =14—pOH。利用這一關(guān)系可以方便計(jì)算出堿溶液的pH。
教學(xué)設(shè)計(jì)示例
課題：值
重點(diǎn)：水的離子積， 、 與溶液酸堿性的關(guān)系。
難點(diǎn)：水的離子積，有關(guān) 的簡(jiǎn)單計(jì)算。
教學(xué)過(guò)程
引言：
在初中我們學(xué)習(xí)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(rèn)為：“每一事物的運(yùn)動(dòng)都和它周圍的其他事物相互聯(lián)系著和相互影響著。”物質(zhì)的酸堿性是通過(guò)水溶液表現(xiàn)出來(lái)的，所以，先研究水的電離。
1.水的電離
［實(shí)驗(yàn)演示］用靈敏電流計(jì)測(cè)定純水的導(dǎo)電性。
現(xiàn)象：靈敏電流計(jì)指針有微弱的偏轉(zhuǎn)。
說(shuō)明：能導(dǎo)電，但極微弱。
分析原因：純水中導(dǎo)電的原因是什么？
結(jié)論：水是一種極弱電解質(zhì)，存在有電離平衡：
在25℃時(shí)，1L純水中（即55.56mol/L）測(cè)得只有 的 發(fā)生電離。
（1）請(qǐng)同學(xué)生們分析：該水中 等于多少？ 等于多少？ 和 有什么關(guān)系？
①
②
③
（2）水中
這個(gè)乘積叫做水的離子積，用 表示。
（3）請(qǐng)同學(xué)從水的電離平衡常數(shù)推導(dǎo)水的離子積K。
（4）想一想
①水的電離是吸熱？還是放熱？
②當(dāng)溫度升高，水的離子積是： （升高，降低或不變）
③當(dāng)溫度降低，水的離子積是： （“增大”，“減小”或“不變”）
［結(jié)論］水的電離是個(gè)吸熱過(guò)程，故溫度升高，水的 增大。25℃時(shí)，
；100℃時(shí)， 。
（5）水的離子積是水電離平衡時(shí)的性質(zhì)，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(lái)的 濃度， 則來(lái)自于水的電離。
且
②在堿溶液中， 近似看成是堿電離出來(lái)的 濃度，而 則是來(lái)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(lái)的？
2.溶液的酸堿性和pH
（1）溶液的酸堿性
常溫時(shí)，溶液酸堿性與 ， 的關(guān)系是：
中性溶液： ， ， 越大，酸性越強(qiáng)， 越小，酸性越小。
堿性溶液： ， ， 越大，堿性越強(qiáng)， 越小，堿性越弱。
（2）溶液酸堿性的表示法：
①當(dāng) 或 大于1mol/L時(shí)，可直接用 或 來(lái)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(xué)上采用pH來(lái)表示溶液酸堿性的強(qiáng)弱。
pH為氫離子物質(zhì)的量濃度的負(fù)常用對(duì)數(shù)，表示溶液酸堿度強(qiáng)弱。
練習(xí)：
1.25℃時(shí)，純水的pH？
解：純水，25℃時(shí)
∴
答：25℃純水pH為7。
2.物質(zhì)的量濃度為 鹽酸溶液pH？
解：
1 ： 1
∴
答： 鹽酸pH為2。
3.物質(zhì)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(guān)系。
在中性溶液中，
在酸性溶液中，
酸溶液酸性越強(qiáng)， 越大，pH越小。
在堿性溶液中，
堿溶液堿性越強(qiáng)， 越小，pH越大。
重點(diǎn)、難點(diǎn)剖析：
1.影響水電離的因素
（1）溫度：電離過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程，溫度越高，水電離程度越大， 也增大。
25℃時(shí)，
100℃時(shí)，
（2）酸或堿電離出來(lái)的 或 都會(huì)抑制水的電離，使水電離出來(lái)的 與 濃度減小。其對(duì)水的電離抑制程度決定于酸堿的 或 ，而與酸堿的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。
（3）溶液的酸堿性越強(qiáng)，水的電離度不一定越小。（具體實(shí)例待學(xué)習(xí)鹽水解時(shí)介紹）
2.在酸、堿、鹽溶液中，水電離出來(lái)的
（1）酸溶液中：溶液中 約等于酸電離出來(lái)的 ，通過(guò)求溶液中 ；水電離出來(lái)的 等于 ；
（2）堿溶液中：溶液中 約等于堿電離出來(lái)的 ，通過(guò)求溶液 ，此 就是水電離出的 且等于溶液中水電離出來(lái)的 。
（3）在水解呈酸性鹽溶液中，溶液中 等于水電離出來(lái)的 ；
在水解呈堿性鹽溶液中，溶液中 等于水電離出來(lái)的 。
pH計(jì)算的基本思路與方法：
一、知識(shí)要點(diǎn)
1. ，關(guān)鍵是求溶液的 。
2.強(qiáng)酸溶液中 ，直接由電離方程式求算。
3.強(qiáng)堿溶液中 ，先根據(jù)強(qiáng)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(jù)近似公式求溶液的
或
二、已知pH的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液稀釋計(jì)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(qiáng)酸溶液，當(dāng)體積擴(kuò)大100倍， 減少100倍，pH變化2個(gè)單位。
即pH由1變?yōu)?；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(qiáng)堿溶液，當(dāng)體積擴(kuò)大100倍，溶液中 減少100倍，pH降低2。
總結(jié)、擴(kuò)展
要 點(diǎn) | 內(nèi) 容 |
水（或溶液）離子積 | （25℃） |
溶液pH |
|
溶液酸堿性與pH | ：
|
擴(kuò)展
1.已知強(qiáng)酸、強(qiáng)堿稀溶液的pH，等體積混合后，求混合液pH（近似計(jì)算）
適用于選擇題型與填空題型的速算規(guī)律。
混合前 | 混合后 | 條件 |
|
| 強(qiáng)酸，強(qiáng)堿等體積混合，
|
|
| |
|
|
2.強(qiáng)酸強(qiáng)堿混合呈中性時(shí)二者體積與pH變化規(guī)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(qiáng)酸（弱堿），弱酸（強(qiáng)堿）加水稀釋后的pH變化規(guī)律：
（1）強(qiáng)酸， ，加水稀釋 倍，則 ；
（2）弱酸， ，加水稀釋 倍，則 ；
（3）強(qiáng)堿， ，加水稀釋 倍，則 ；
（4）弱堿， ，加水稀釋 倍，則 ；
（5）酸堿無(wú)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(gè)單位，由13變?yōu)?1。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(shè)體積變化忽略不計(jì)）。
解：設(shè)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(zhì)的量是原兩種溶液中 物質(zhì)的量總積。
即
∴
答 混合液pH為3.3。
例2 指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)。
和 的兩種 溶液等體積混合，求混合液的pH？
板書設(shè)計(jì)
第二節(jié) 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(shù)）
3.影響水電離的因素
（1）溫度：水的電離是吸熱過(guò)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(shí)，用pH來(lái)表示溶液的酸堿性。
關(guān)鍵掌握求不同溶液中的 。
探究習(xí)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(qiáng)酸溶液各10mL，混合后溶液的pH是多少？
并結(jié)合以上兩題總結(jié)出規(guī)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(jù)水的離子積求出混合溶液的 ，并取 負(fù)對(duì)數(shù)，即可計(jì)算出兩強(qiáng)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(qiáng)酸溶液混合：
分析 pH等于1的強(qiáng)酸溶液 為 ，pH值等于5的強(qiáng)酸溶液 為 ，混合后溶液的 要用原兩強(qiáng)酸所含 的物質(zhì)的量除以混合后溶液的體積。
解：兩強(qiáng)酸溶液混合后的氫離子濃度為：
混合溶液的pH為：
小結(jié)：兩種強(qiáng)堿溶液等體積混合，所得溶液pH由堿性強(qiáng)的溶液決定，比堿性強(qiáng)的原溶液pH略小，其值為－0.3。兩種強(qiáng)酸溶液等體積混合，所得溶液的pH由酸性強(qiáng)的溶液決定，比酸性強(qiáng)的原溶液pH略大，其值為+0.3。