2020-2021学年高二化学第一学期课时同步练（人教选修4）：3.2.1水的电离（解析版）

1 第 3 章 水溶液中的离子平衡 3.2.1 水的电离 1．一定温度下，水存在电离平衡 H2O(l) H+(aq)+OH-(aq) △H>0，下列叙述 一定正确的是 A．向水中加入 KHSO4 溶液，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 AlCl3 溶液，平衡向右移动，Kw 增大 【答案】B 【解析】KHSO4═K＋+SO4 2-+H+，其中电离出的氢离子使 c(H+)增大，水的电离平衡 逆向移动，但是温度不变，KW 不变，A 项错误；H2O(l) H＋(aq)+OH－(aq) △H>0， 将水加热，平衡正向移动，c(H＋)和 c(OH－)均增大，KW 增大，pH 减小，B 项正确； CH3COONa 中的醋酸根水解对水的电离起到促进作用，电离平衡正向移动，c(H+) 降低，C 项错误；向水中加如 AlCl3，Al3＋水解对水的电离起到促进作用，电离平 衡右移，但温度不变，KW 不变，D 项错误。答案选 B。 2．常温下，pH=12 的强碱溶液与 pH=2 的强酸溶液混合，（体积变化忽略不计） 所得混合液的 pH=11，则强碱与强酸的体积比是 A．11：1 B．9：11 C．1：11 D．11：9 【答案】D 【解析】常温下，pH=12 的强碱溶液中 c(OH-)=0.01mol/L，pH=2 的强酸溶液中 c(H+)=0.01mol/L，两溶液混合后发生酸碱中和反应，由所得混合液的 pH=11 可 2 知，混合后溶液呈碱性，混合溶液的 c(OH-)=0.001mol/L，则碱是过量的，则有 0.01mol/LV(强碱)－0.01mol/LV(强酸) V(强碱)＋V(强酸) ＝0.001mol/L，解得：V(强碱):V(强 酸)=11:9，D 项正确。答案选 D。 3．某温度下纯水的 c(H＋)＝2×10－7 mol·L－1，则此时 c(OH－)为_______；若温 度不变，滴入稀盐酸使 c(H＋)＝5×10－4 mol·L－1，则溶液中 c(OH－)为________， 由水电离产生的 c(H＋)为________，此时温度________(填“高于”、“低于”或 “等于”)25 ℃。 【答案】2×10－7 mol·L－1 8×10－11 mol·L－1 8×10－11 mol·L－1 高于 【解析】纯水电离出的 c(H＋)＝c(OH－)＝2×10－7 mol·L－1，故 Kw＝4×10－14>1× 10－14，故此时温度高于 25 ℃。温度不变，滴入稀盐酸使 c(H＋)＝5×10－4 mol·L －1，则溶液中 c(OH－)为 Kw c(H＋)＝4×10－14/(5×10－4)＝8×10－11 mol·L－1＝c(OH－) 水。 4．（1）不同温度下水的离子积的数据：Kw(25℃)=1×10-14；Kt1=a；Kt2=1×10-12， 试回答以下问题： ①若 25＜t1＜t2，则 a__1×10-14(填“＞”“＜”或“＝”)，做此判断的理由是 __。 ②25℃时，某 Na2SO4 溶液中 c(SO4 2-)=5×10-4mol/L，取该溶液 1mL 加水稀释至 10mL， 则稀释后溶液中 c(Na+)：c(OH-)=__。 （2）在一定温度下，有以下三种酸：a.醋酸 b.硫酸 c.盐酸 ①当三种酸物质的量浓度相同时，三种溶液中水的电离程度由大到小的顺序是 3 _(用 a、b、c 表示，下同)。 ②当 c(H+)相同、体积相同时，同时加入形状、密度、质量完全相同的锌，若产 生相同体积的 H2(相同状况)，则开始时反应速率的大小关系为__。 【答案】（1）①＞ 升高温度，水的电离程度增大，离子积增大 ②1000∶ 1 （2）①a＞c＞b ②a＝b＝c 【解析】（1）①水的电离是吸热过程，温度越高水的电离程度越大，离子积越大， 而 25＜t1＜t2，所以 a＞1×10-14； ②硫酸钠溶液中一定满足 c(Na+)：c(SO4 2- )=2：1，所以 c(Na+)=2×5×10-4 mol• L-1，稀释后 c(Na+)=1×10-4 mol•L-1；硫酸钠溶液显中性，稀释后依然为中性，所 以 c(OH-)=1×10-7 mol•L-1，所以 c(Na+)：c(OH-)=1×10-4 mol•L-1：1×10-7 mol• L-1=1000：1； （2）①酸可以电离出氢离子抑制水的电离，酸电离出的氢离子浓度越大，对水 的电离抑制作用越大，物质的量浓度相同时三种溶液中氢离子浓度：b＞c＞a， 所以水的电离程度 a＞c＞b； ②锌的形状、密度、质量完全相同，则反应速率与氢离子浓度有关，当 c(H+)相 同、体积相同时，开始时反应速率：a＝b＝c。 5．I．现有下列物质①100 ℃纯水②25 ℃ 0.1 mol/L HCl 溶液③25 ℃ 0.1 mol/L KOH 溶液④25 ℃ 0.1 mol/L Ba(OH)2 溶液。 （1）这些物质与 25 ℃纯水相比，能促进水电离的是________(填序号．．．，下同)， 能抑制水的电离的是________，水电离的 c(OH－)等于溶液中 c(OH－)的是 ________，水电离的 c(H＋)等于溶液中 c(H＋)的是________。 4 （2）②和③溶液中水的电离度相等，进而可推出的结论是：同一温度下， _________时，水的电离度相等。 II．今有①盐酸②醋酸③硫酸三种稀溶液，用序号．．回答下列问题。 （1）若三种酸的物质的量浓度相等，三种溶液中的 c(H＋)大小关系为______ （2）若三种溶液的 c(H＋)相等，三种酸的物质的量浓度大小关系为_____。 【答案】I．（1）① ②③④ ①② ③④ （2）酸溶液中的 c(H+)与碱溶液中的 c(OH-)相等时 ③＞①＞② ②＞①＞ ③ 【解析】一定温度下，水存在电离平衡 H2O（l） H+（aq）＋OH-（aq）△H＞ 0，升高温度或加入能与 H+或 OH-反应的离子，可促进水的电离，如加入酸或碱， 溶液中 H+或 OH-浓度增大，则抑制水的电离，以此解答该题。 【详解】I．（1） ①100 ℃纯水②25 ℃ 0.1 mol/L HCl 溶液③25 ℃ 0.1 mol/L KOH 溶液④25 ℃ 0.1 mol/L Ba(OH)2 溶液；一定温度下，水存在电离平衡 H2O（l） H+（aq）+OH-（aq）△H＞0，这些物质与 25℃纯水相比，能促进水的电离的 是升高温度，因水的电离为吸热反应； 加入酸、碱溶液可抑制水的电离，即②③④抑制水的电离；水电离的 c(OH-)水等 于溶液中 c(OH-)，可为中性溶液或酸溶液，如纯水、盐酸等，①②符合；水电离 的 c(H＋)水等于溶液中 c(H＋)，可为中性溶液或碱溶液，如纯水、氢氧化钾、氢 氧化钡溶液，①③④符合； 故答案为：①；②③④；①②；①③④； （2）纯水中加入酸、碱,可抑制水的电离；从②和③溶液中水的电离程度相等， 进而可推出的结论是：同一温度下酸溶液中的 c(H＋)等于碱溶液中的 c(OH-)，水 5 的电离程度相等； 故答案为：酸溶液中的 c(H＋)与碱溶液中的 c(OH-)相等时； II．（1）今有①盐酸②醋酸③硫酸三种稀溶液，若三种酸的物质的量浓度相等为 a，则硫酸中氢离子的浓度为 2a，盐酸中氢离子的浓度为 a，醋酸不完全电离， 氢离子的浓度小于 a，则三种溶液中的 c(H＋)大小关系为③>①>②； （2）若三种溶液的 c(H＋)相等，则三种酸的物质的量浓度大小关系与（1）相反： ②＞①＞③。 6．请回答下列问题： （1）该温度下水的离子积常数 Kw＝________。 （2）该 NaOH 溶液中 NaOH 的物质的量浓度为______________，该 NaOH 溶液中由 水电离出的 c(OH－)为________。 （3）给该 NaOH 溶液加热，pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。 【答案】（1）10－12 （2）10－b mol·L－1 10－a mol·L－1 （3）变小 【解析】（1）Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10－a·10－b＝10－(a＋b)＝10－12。 （2）c(NaOH)＝c(OH－)＝10－b mol·L－1；该溶液中 c(H＋)＝10－a mol·L－1，NaOH 溶液中 H＋全是水电离的，c(H＋)水电离＝c(OH－)水电离＝10－a mol·L－1。 （3）温度升高时，Kw 变大，而 c(H＋)＝ Kw c(OH－)，所以 c(H＋)变大，pH 变小。 7．（1）某温度(t ℃)时，水的 Kw＝1×10－12，则该温度____(填“＞”“＜”或“＝”)25 ℃ ， 其 理 由 是 _____________________________________________________________________ 6 ___。 （2）该温度下，c(H＋)＝1×10－7 mol·L－1 的溶液呈______(填“酸性”“碱性” 或“中性”)；若该溶液中只存在 NaOH 溶质，则由 H2O 电离出来的 c(OH－)＝ ______________mol·L－1。 （3）实验室用 Zn 和稀硫酸制取 H2，反应时溶液中水的电离平衡________(填“向 左”“向右”或“不”，下同)移动。在新制氯水中加入少量 NaCl 固体，水的电离 平衡________移动。 （4）25 ℃时，0.1 mol·L－1 的下列 6 种溶液，水电离出的 c(H＋)由大到小的关 系是_______________________________________(填序号)。 ①盐酸 ②H2SO4 ③CH3COOH(Ka＝1.7×10－5) ④NH3·H2O(氨水)(Kb＝1.7×10－5) ⑤NaOH ⑥Ba(OH)2 （5）25 ℃时，pH＝4 的盐酸中水的电离程度________pH＝10 的 Ba(OH)2 溶液中 水的电离程度。 （6）下列曲线中，可以描述 0.1 mol·L－1 乙酸(甲，Ka＝1.8×10－5)和 0.1 mol·L －1 氯乙酸(乙，Ka＝1.4×10－3)的水溶液中，水电离出的 c(H＋)与加入水体积 V 的 关系是________(填字母)。 【答案】（1）> 升温促进水的电离，Kw 增大 （2）碱性 1×10－7 （3）向右 向右 （4）③＝④>①＝⑤＞②＝⑥ 7 （5）等于 （6）c 【解析】（1）升高温度，Kw 增大，现 Kw＝1×10－12>1×10－14，因此温度大于 25 ℃。 （2）该温度下该溶液中 c(OH－)＝1×10－12 1×10－7 mol·L－1＝1×10－5 mol·L－1，因为 c(OH－)>c(H＋)，所以溶液呈碱性；NaOH 溶液中由水电离出来的 c(OH－)等于溶液 中的 c(H＋)，即为 1×10－7 mol·L－1。 （3）Zn 与稀硫酸反应过程中，溶液中 c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。新 制氯水中加入少量 NaCl 固体，平衡 Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO 向左移动，溶 液中 c(H＋)减小，水的电离平衡向右移动。 （4）25 ℃时，0.1 mol·L－1 的盐酸中 c(H＋)与 0.1 mol·L－1NaOH 溶液中 c(OH－) 相等，故两溶液中水的电离程度相等。同理 0.1 mol·L－1 H2SO4 和 0.1 mol·L－1 Ba(OH)2 溶液中水的电离程度相等；0.1 mol·L－1 CH3COOH 和 0.1 mol·L－1 氨水 中水的电离程度相等，酸溶液中 c(H＋)越大，或碱溶液中 c(OH－)越大，水电离出 的 c(H＋)就越小，故 6 种溶液中水电离出的 c(H＋)由大到小的关系为③＝④>①＝ ⑤>②＝⑥。 （5）pH＝4 盐酸中，由水电离出的 c(H＋)＝10－14 10－4 mol·L－1＝10－10 mol·L－1，pH ＝10 的 Ba(OH)2 溶液中，由水电离出的 c(H＋)＝10－10 mol·L－1(溶液中的 H＋浓度)。 （6）乙酸 Ka 小于氯乙酸 Ka，所以 0.1 mol·L－1 乙酸溶液中的 c(H＋)小于 0.1 mol·L －1 氯乙酸溶液中的 c(H＋)，故水的电离程度 0.1 mol·L－1 乙酸溶液的大，加水稀 释，两种酸溶液中的 c(H＋)减小，水的电离程度增大，故选 c。 8．25℃时，水的电离达到平衡：H2O H+＋OH- △H＞0，下列叙述正确的是 8 A．向平衡体系中加入水，平衡正向移动，c(H+)增大 B．将水加热，Kw 增大，pH 不变 C．向水中加入少量硫酸氢钠固体， c(H+) c(OH－)增大 D．向水中加入少量 NaOH 固体，平衡正向移动，，c(H+)降低 【答案】C 【解析】增加水的量，氢离子和氢氧根离子浓度不变且相等，平衡不移动，A 项 错误；将水加热促进水电离，离子积常数增大，氢离子浓度增大，pH 减小，B 项 错误；向水中加入少量硫酸氢钠，导致溶液中氢离子浓度增大，但温度不变，水 的离子积常数不变，所以氢氧根离子浓度增大，氢离子和氢氧根离子浓度比值增 大，C 项正确；向水中加入 NaOH，导致溶液中氢氧根离子浓度增大，抑制水电离， 平衡逆向移动，D 项错误。答案选 C。 【点睛】明确温度对水的电离的影响及温度与离子积的关系，注意硫酸氢钠电离 出氢离子，为易错点；水是弱电解质，存在电离平衡，向水中加入含有氢离子或 氢氧根离子的物质抑制水电离，加入含有弱根离子的盐促进水电离，水的离子积 常数只与温度有关，与溶液的酸碱性无关。 9．100℃时向 pH＝6 的蒸馏水中加入 NaHSO4 晶体，保持温度不变，测得溶液的 pH＝2，下列叙述错误的是 A．此时水的离子积 Kw＝1.0×10-12 B．水电离出的 c(H+)＝1.0×10-10mol/L C．水的电离度随温度升高而升高 D．c(H3O+)＜c(SO4 2-) 【答案】D 9 【解析】蒸馏水的 pH＝6，说明 c(H+)＝c(OH－)＝1.0×10-6，水的离子积 Kw＝1.0 ×10-12，A 项正确；水电离出来的氢离子的浓度等于溶液中氢氧根的浓度，c(H+) ＝c(OH－)＝1.0×10-12 0.01 ＝1.0×10-12，B 项正确；由于水的电离过程为吸热反应， 升高温度，促进了水的电离，水的电离程度会增大，C 项正确；蒸馏水中 c(H+) ＝c(OH－)，所以呈中性，加入 NaHSO4 溶液呈酸性，由于水还能电离出 H+，则 c(H3O+) ＞c(SO4 2-)，D 项错误。答案选 D。 【点睛】考查水的电离，向水中加入酸或碱，抑制水的电离，向溶液中加入含有 弱根离子的盐能促进水电离，水的电离是吸热反应，升高温度能促进水电离，水 的离子积常数增大，溶液的 pH 变小。注意水的离子积常数只与温度有关，与溶 液的酸碱性无关。 10．常温下，下列各组离子一定能在指定溶液中大量共存的是 A．使酚酞变红色的溶液中：Na＋、Al3＋、SO4 2-、Cl－ B． Kw c(H+)＝1×10－13 mol·L－1 的溶液中：NH4 +、Ca2＋、Cl－、NO3 - C．与 Al 反应能放出 H2 的溶液中：Fe2＋、K＋、NO3 -、SO4 2- D．由水电离的 c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1 的溶液中：K＋、Na＋、AlO2 -、CO3 2- 【答案】B 【解析】使酚酞变红色的溶液显碱性，而 Al3＋在碱性条件下不能大量存在，A 项 错误； Kw c(H+)＝1×10－13mol·L－1 的溶液中显酸性，各离子之间不发生反应，也不 与氢离子反应，可以大量共存，B 项正确；与铝反应放出氢气的溶液可能显酸性 也可能显碱性，若溶液显碱性，亚铁离子不能大量共存，若溶液显酸性，Fe2＋和 NO - 3 不能大量共存，C 项错误；由水电离的 c(H＋)=1×10－13 mol·L－1 的溶液中水 10 的电离受到抑制，溶液可能显酸性也可能显碱性，如果显酸性，偏铝酸根离子和 碳酸根离子不能大量共存，D 项错误。答案选 B。 11．常温下，下列四种溶液：①c(H＋)＝10－3mol·L－1 的醋酸 ②0.01mol·L－1 的盐酸 ③0.1mol·L－1 的 NaOH 溶液 ④c(OH－)＝1mol·L－1 氨水溶液。由水电 离出的氢离子浓度之比为 A．1000∶100∶10∶1 B．11∶12∶1∶0 C．11∶12∶13∶14 D．3∶2∶13∶14 【答案】A 【解析】根据溶液中水的离子积 Kw=c(H+)×c(OH−)，其中 c(H+)是溶液中所有的氢 离子的浓度，c(OH−)是溶液中所有的氢氧离子的浓度，且在任何溶液中，由水电 离的氢离子与氢氧根离子浓度相等，酸溶液中 OH-全部来自水电离，碱溶液中 H+ 全部来自水电离，据此分析作答。 【详解】根据常温下水的离子积为 1×10-14 可知：①c(H＋)＝10－3 mol·L－1 的醋 酸中，由水电离出的氢氧根离子浓度 c(OH−)＝ Kw c(H+)＝1×10-11 mol/L，故由水电 离的氢离子浓度等于 c(OH−)＝1×10-11 mol/L；②0.01mol·L－1 的盐酸中，由水 电离出的氢氧根离子浓度 c(OH−)＝ Kw c(H+)＝1×10-12 mol/L，故由水电离的氢离子 浓度等于 c(OH−) ＝1×10-12 mol/L；③0.1mol·L－1 的 NaOH 溶液中，由水电离出 的氢离子浓度为： Kw c(OH－)＝1×10-13 mol/L；④c(OH－)＝1 mol·L－1 氨水溶液中， 由水电离出的氢离子浓度为： Kw c(OH－)＝1×10-14 mol/L；则四种溶液中由水电离 出的氢离子浓度之比为：1000：100：10：1，A 项正确。答案选 A。 11 【点睛】水的离子积适用于任何溶液，理解氢离子和氢氧根离子的来源是解题的 关键。如本题不管是强酸还是弱酸，其 c(H＋)主要来源于溶质，c(OH－)则来源于 水，而由水电离出的 c(H＋)与 c(OH－)相等，据此分析由水电离的 c(H＋)这个问题 便可迎刃而解。 12．25℃时纯水的 Kw＝1.0×10-14，100℃时，Kw＝1.0×10-12，这说明） A．100℃水的电离程度较小 B．前者 c(H＋)较后者的大 C．水的电离是吸热的 D．100℃时水的电离程度是室温时的 100 倍 【答案】C 【解析】25℃时纯水的 Kw＝1.0×10-14，100℃时，Kw＝1.0×10-12，这说明 100 ℃水的电离程度较大，A 项错误；电离吸热，加热促进水的电离，因此前者 c(H ＋)较后者的小，B 项错误；水的电离是吸热的，加热促进水的电离，因此水的离 子积常数增大，C 项正确；由于 Kw＝c(H＋)·c(OH－)可知，25℃时，水电离产生 的氢离子浓度为 10-7mol/L,100℃时，水电离产生的氢离子浓度为 10-6mol/L,因此 100℃时水的电离程度不是室温时的 100 倍，D 项错误。答案选 C。 13．室温下，已知某溶液中由水电离生成的 H+和 OH-的物质的量浓度的乘积为 10-24mol2·L-2，则在该溶液中，一定不能大量存在的离子是 A．SO3 2－ B．NH4 + C．NO3 － D．HCO3 － 【答案】D 【解析】室温下，已知某溶液中由水电离生成的 H+和 OH-的物质的量浓度的乘积 为 10-24mol2·L-2，该溶液可能呈酸性也可能呈碱性。 12 【详解】若溶液呈碱性，SO3 2－与氢氧根离子不反应，可以大量共存，若溶液呈酸 性，SO3 2－与氢离子反应，不能大量共存，A 项错误；若溶液呈碱性，NH4 +与氢氧 根离子反应，不能大量共存，若溶液呈酸性，NH4 +与氢离子不反应，可以大量共 存，B 项错误；无论溶液呈酸性还是呈碱性，NO3 －均可以大量共存，C 项错误； HCO3 －与氢离子、氢氧根离子均可反应，所以无论溶液呈酸性还是呈碱性，HCO3 － 均不能大量共存，D 项正确。答案选 D。 14．纯水在 25℃和 80℃时的氢离子浓度前后两个量的大小关系是 A．大于 B．等于 C．小于 D．不能确定 【答案】C 【解析】Kw 是水的离子积常数，常温下，Kw=c（H+）×c（OH-）=1×10-14，水电离 出的 c（H+）=c（OH-）=1×10-7mol/L，其 pH=7；水的电离是吸热过程，温度升高 促进电离，80℃时水中氢离子和氢氧根离子浓度大于 25℃时水中氢离子和氢氧 根离子浓度，所以前者小于后者。答案选 C。 15．由水电离出的 c(OH-)＝1×10-13mol·L-1 的无色溶液中，一定能大量共存的离 子组是 A．Cl-、HCO3 －、Na+、K+ B．Fe3+、NO3 －、K+、H+ C．NO 3  、Ba2+、K+、Cl- D．Al3+、SO4 2－、NH4 +、Cl- 【答案】C 【解析】由水电离出的 c(OH-)=1×10-13mol·L-1 的无色溶液中水的电离被抑制， 溶液可能显酸性也可能显碱性。则：在酸性或碱性溶液中 HCO3 －均不能大量共存， A 项错误；在碱性溶液中 Fe3+、H+均不能大量共存，且铁离子不是无色的，B 项错 误；NO3 －、Ba2+、K+、Cl-在酸性或碱性溶液中相互之间不反应，可以大量共存，C 13 项正确；在碱性溶液中 Al3+、NH4 +均不能大量共存，D 项错误；答案选 C。