学年高中化学物质在水溶液中的行为第1节水溶液溶液的酸碱性与pH教学案鲁科版选修4.docx
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学年高中化学物质在水溶液中的行为第1节水溶液溶液的酸碱性与pH教学案鲁科版选修4
第2课时溶液的酸碱性与pH
[课标要求]
1.了解溶液的酸碱性与溶液中[H+]和[OH-]的关系。
2.知道pH的定义,了解溶液的酸碱性与pH的关系。
3.能够进行有关pH的简单计算。
1.在水溶液中,[H+]=[OH-],溶液呈中性;[H+]>[OH-],溶液呈酸性;
[H+]<[OH-],溶液呈碱性。
2.室温下[H+]=10-7mol·L-1,溶液呈中性;[H+]>10-7mol·L-1,溶液呈酸性;[H+]<10-7mol·L-1,溶液呈碱性。
[H+]越大,溶液酸性越强,[OH-]越大,溶液碱性越强。
3.溶液的pH=-lg[H+]。
利用pH判断溶液酸碱性时要注意温度,室温下,pH=7,溶液呈中性;pH<7,溶液呈酸性;pH>7,溶液呈碱性。
4.强酸或强碱稀释10n倍,pH变化n个单位;弱酸或弱碱稀释10n倍,pH变化小于n个单位;酸或碱无论怎样稀释,酸不会变为碱,碱也不会变为酸。
1.溶液的酸碱性
任何水溶液中都既有H+也有OH-,溶液的酸碱性与它们的数值无关,由它们浓度的相对大小决定,溶液酸碱性的判断标准是[H+]与[OH-]的相对大小。
2.溶液的酸碱性与溶液中[H+]和[OH-]的关系
(1)[H+]=[OH-],溶液呈中性。
(2)[H+]>[OH-],溶液呈酸性,且[H+]越大,酸性越强。
(3)[H+]<[OH-],溶液呈碱性,且[OH-]越大,碱性越强。
3.室温时溶液酸碱性的判断
(1)[H+]=1.0×10-7mol·L-1,溶液呈中性。
(2)[H+]>1.0×10-7mol·L-1,溶液呈酸性。
(3)[H+]<1.0×10-7mol·L-1,溶液呈碱性。
4.溶液的酸碱性与pH
(1)pH的定义式
pH=-lg[H+]。
(2)pH与[H+]及溶液酸碱性的关系(室温下)
①图示:
②关系:
a.中性溶液:
[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol·L-1,
pH=7。
b.酸性溶液:
[H+]>[OH-],[H+]>1.0×10-7mol·L-1,pH<7,酸性越强,pH越小。
c.碱性溶液:
[H+]<[OH-],[H+]<1.0×10-7mol·L-1,pH>7,碱性越强,pH越大。
(3)pH的测定方法
①粗略测定:
酸碱指示剂,pH试纸。
②精确测定:
酸度计。
[特别提醒]
(1)一定温度下的溶液中KW=[H+][OH-]是一定值,当[H+]增大时,[OH-]减小,反之亦然,此增彼减。
(2)[H+]=10-7mol·L-1溶液不一定呈中性,只有在常温下,[H+]=10-7mol·L-1的溶液才呈中性,而在其他温度下不呈中性。
1.某溶液的pH=6,则该溶液一定显酸性吗?
同样,某溶液的pH=7,则该溶液一定显中性吗?
提示:
pH=6的溶液不一定显酸性,如100℃时蒸馏水的pH=6,但呈中性;pH=7的溶液不一定显中性,如100℃时,pH=7的溶液呈碱性。
2.pH试纸使用前能否用蒸馏水湿润?
若用湿润的pH试纸测量溶液的pH对结果有何影响?
提示:
使用pH试纸不能用蒸馏水湿润,湿润后相当于稀释了溶液。
若是酸性溶液,则湿润后测得pH偏大;若为碱性溶液,则湿润后测得pH偏小;若为中性溶液,则无影响。
1.溶液酸碱性的判断依据
2.溶液酸碱性的测定方法
(1)酸碱指示剂法
该法只能测其酸碱性,即pH的大致范围,不能测出具体数值,常见的酸碱指示剂的颜色范围为:
(2)pH试纸法
①种类
a.广泛pH试纸:
其pH范围是1~14(最常用)。
b.精密pH试纸:
其pH范围较窄,可判别0.2或0.3的pH差值。
c.专用pH试纸:
用于酸性、中性和碱性溶液的专用pH试纸。
②使用方法:
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测溶液点在干燥的pH试纸上,试纸变色后,与标准比色卡对比,即确定溶液的pH。
(3)pH计法
精确测定溶液的pH时使用pH计,测量时可以从pH计上直接读出溶液的pH。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)[H+]=10-6mol·L-1的溶液一定是酸性溶液( )
(2)水溶液中若[OH-]>[H+],一定是碱性溶液( )
(3)滴加紫色石蕊溶液后变红的溶液一定显酸性( )
(4)盐的水溶液中若[H+]=[OH-],一定显中性( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√
2.下列溶液一定显酸性的是( )
A.溶液中[OH-]>[H+]
B.溶液中[H+]>[OH-]
C.溶液中[H+]=10-6mol·L-1
D.非电解质溶于水得到的溶液
解析:
选B 判断溶液酸碱性的关键看[H+]和[OH-]的相对大小,若[H+]>[OH-],溶液呈酸性;[H+]<10-7mol·L-1,仅适用于常温时,若温度不确定,就不能用来判断溶液的酸碱性。
而D项中,如NH3溶于水得NH3·H2O,其溶液显碱性。
1.计算步骤
25℃(室温下)溶液pH计算的:
解题步骤图示如下:
2.单一溶液pH的计算
(1)强酸溶液,如HnA溶液,设溶质的物质的量浓度为
cmol·L-1,[H+]=ncmol·L-1,pH=-lg[H+]=-lgnc。
(2)强碱溶液,如B(OH)n溶液,设溶质的物质的量浓度为cmol·L-1,[H+]=
mol·
L-1,pH=-lg[H+]=14+lgnc。
3.混合溶液pH的计算
(1)两强酸混合后pH的计算
由[H+]混=
先求出混合后的[H+]混,再根据公式pH=-lg[H+]求pH。
(2)两强碱混合后pH的计算:
由[OH-]混=
先求出混合后的[OH-]混,再通过KW求出混合后的
[H+],最后求pH。
(3)强酸与强碱溶液混合后pH的计算:
强酸与强碱混合的实质是中和反应,即H++OH-===H2O,中和后溶液的pH有以下三种情况:
①若恰好中和,pH=7。
②若剩余酸,先求中和后的[H+],再求pH。
[H+]混=
,
③若剩余碱,先求中和后的[OH-],再通过KW求出[H+],[H+]=
,最后求pH。
[OH-]混=
4.溶液稀释时pH的变化
(1)对于强酸溶液,每稀释10倍体积,pH增大1个单位;对于弱酸溶液,每稀释10倍体积,pH增大不足1个单位。
对于强碱溶液,每稀释10倍体积,pH减小1个单位。
对于弱碱溶液,每稀释10倍体积,pH减小不足1个单位。
无论稀释多少倍,酸溶液的pH不能等于或大于7,碱溶液的pH不能等于或小于7,只能趋近于7。
(2)pH相同的强酸和弱酸稀释相同倍数后,强酸的pH变化大,弱酸的pH变化小;pH相同的强碱和弱碱稀释相同倍数后,强碱的pH变化大,弱碱的pH变化小。
故利用pH变化大小可判断酸、碱的强弱。
1.下列溶液的pH一定等于2的是( )
A.0.01mol·L-1硫酸500mL
B.0.01mol·L-1盐酸500mL
C.0.01mol·L-1醋酸1L
D.pH=1的酸溶液稀释10倍
解析:
选B A中[H+]=2[H2SO4]=0.02mol·L-1,pH=2-lg2<2;B中[H+]=0.01mol·
L-1,则pH=2;C中CH3COOH部分电离,[H+]<0.01mol·L-1,则pH>2;D中若为强酸,稀释10倍pH增大1则pH=2,但若为弱酸,每稀释10倍,pH增大不足1个单位,即其pH不一定为2。
2.常温下,将pH=4和pH=2的两种稀硫酸等体积混合后,下列结论正确的是( )
A.[H+]=1×10-3mol·L-1
B.[OH-]=1×10-12mol·L-1
C.pH=2.3
D.pH=3
解析:
选C 假设混合前酸溶液的体积均为1L,[H+]混=
mol·L-1=5.05×10-3mol·L-1,pH混=-lg(5.05×10-3)≈2.3,[OH-]混=
mol·L-1≈2×10-12mol·L-1,只有C项正确。
3.室温下,将0.1mol·L-1的盐酸和0.06mol·L-1的Ba(OH)2溶液以等体积混合后,该混合溶液的pH是( )
A.1.7 B.12.3
C.12D.2
解析:
选C 酸碱反应时碱过量,则[OH-]=
=0.01mol·L-1,[H+]=
=10-12mol·L-1,pH=-lg[H+]=12。
[三级训练·节节过关]
1.下列说法正确的是( )
A.强碱的水溶液中不存在H+
B.pH=0的溶液是酸性最强的溶液
C.在温度不变时,水溶液中[H+]和[OH-]不能同时增大
D.某温度下,纯水中[H+]=2×10-7mol·L-1,其呈酸性
解析:
选C 任何物质的水溶液中都存在H2O的电离平衡,既有H+也有OH-;pH=0的溶液[H+]=1mol·L-1,不是最强的酸性溶液;温度不变,KW不变,[H+]和[OH-]不能同时增大;纯水中[H+]=[OH-],呈中性。
2.下列溶液一定呈中性的是( )
A.pH=7的溶液
B.[H+]=[OH-]的溶液
C.由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液
D.非电解质溶于水得到的溶液
解析:
选B 溶液呈中性的根本标志是[H+]=[OH-]。
当pH=7时,只说明[H+]=1.0×
10-7mol·L-1,当温度升高时,中性溶液中的[H+]>1.0×10-7mol·L-1,即pH<7,故A错误。
等物质的量的强酸与强碱,由于它们所含的H+和OH-的物质的量未知,因此无法判断它们混合后溶液的酸碱性,故C错误。
非电解质只是它本身不能直接电离产生离子,当它溶于水时可能与水反应生成能电离的物质,使溶液显酸性或碱性,如SO2溶于水生成H2SO3,溶液显酸性;NH3溶于水生成NH3·H2O,溶液显碱性,故D错误。
3.常温下,pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合,所得混合液的pH=11,则强碱与强酸的体积比是( )
A.11∶1 B.9∶1
C.1∶11D.1∶9
解析:
选D 可根据溶液混合反应后剩余的OH-的浓度列式求解,以下标1表示酸,下标2表示碱,则混合前碱中[OH-]2=0.1mol·L-1,酸中[H+]1=0.01mol·L-1,则[OH-]余=1.0×10-3mol·L-1=
。
解得V2∶V1=1∶9。
4.常温下,下列关于溶液的稀释说法正确的是( )
A.将pH=3的醋酸溶液稀释100倍,溶液pH=5
B.将pH=4的H2SO4溶液加水稀释100倍,溶液中由水电离产生的[H+]=1×10-4mol·
L-1
C.将1L0.1mol·L-1的Ba(OH)2溶液稀释为2L,pH=13
D.将pH=8的NaOH溶液稀释100倍,其pH=6
解析:
选C A项,pH=3的醋酸溶液在稀释过程中电离平衡正向移动,稀释100倍后,3<溶液pH<5,错误。
B项,pH=4的H2SO4(aq)加水稀释100倍后,pH=6,则[OH-]=10-8mol·L-1,即[OH-]水=[H+]水=10-8mol·L-1,错误;C项,1L0.1mol·L-1的Ba(OH)2溶液稀释为2L后,[OH-]=0.1mol·L-1则[H+]=10-13mol·L-1,故pH=13,正确;D项中,NaOH溶液是碱溶液,无论怎样稀释,在常温下pH不可能为6,只能无限接近于7,可巧记为“酸为酸,碱为碱,无限稀释性不变”。
5.有100mLpH=12的NaOH溶液,欲使它的pH降为11。
(1)如果加入蒸馏水,应加入________mL。
(2)如果加入pH=10的NaOH溶液,应加入________mL。
(3)如果加入0.008mol·L-1的盐酸,应加入________mL。
解析:
pH=12的NaOH溶液中[OH-]=10-2mol·L-1,当pH=11时,[OH-]=10-3mol·
L-1。
(1)若加入水,溶液体积应为1000mL,则加入水的体积为900mL。
(2)设需加NaOH溶液的体积为x,
=10-3mol·L-1,x=1L=1000mL。
(3)设需加盐酸的体积为y
=10-3mol·L-1,y=0.1L=100mL。
答案:
(1)900
(2)1000 (3)100
1.溶液的酸碱性取决于( )
A.溶液pH的大小
B.溶液中[H+]与[OH-]的相对大小
C.溶液中[H+]
D.酸与碱是否恰好完全反应
解析:
选B 溶液的酸碱性取决于[H+]与[OH-]的相对大小,当[H+]>[OH-]时,溶液显酸性,当[H+]=[OH-]时,溶液显中性,当[H+]<[OH-]时,溶液显碱性。
2.313K时,水的离子积KW=2.9×10-14mol2·L-2,则在313K时,[H+]=10-7mol·
L-1的溶液( )
A.呈酸性 B.呈中性
C.呈碱性D.无法判断
解析:
选C 由KW=[H+][OH-]可得:
[OH-]=
=
=2.9×10-7mol·L-1,[H+]<[OH-],溶液呈碱性。
3.下列溶液一定显酸性的是( )
A.溶液中[OH-]>[H+]
B.滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液
C.溶液中[H+]=10-6mol·L-1
D.pH>7的溶液
解析:
选B 判断溶液酸碱性的关键看[H+]和[OH-]的相对大小,若[H+]>[OH-],溶液呈酸性;而pH<7或[H+]>10-7mol·L-1,仅适用于常温时,若温度不确定,就不能用来判断溶液的酸碱性。
而B项中可使紫色石蕊溶液变红的溶液一定显酸性。
4.25℃时的下列溶液中,碱性最强的是( )
A.pH=11的溶液
B.[OH-]=0.12mol·L-1的溶液
C.1L含有4gNaOH的溶液
D.[H+]=1×10-10mol·L-1的溶液
解析:
选B 常温下,可以根据pH或[H+]比较溶液的酸碱性,也可以根据[OH-]的大小来比较。
在此为了计算方便,可求出A、C、D三个选项中溶液的[OH-],依次为1×10-3mol·L-1、0.1mol·L-1、1×10-4mol·L-1,然后再与B项溶液中的[OH-]相比,就会发现B项溶液中的[OH-]最大,碱性最强。
5.100℃时,水中的H+的物质的量浓度为1×10-6mol·L-1,若把0.01molNaOH固体溶于100℃水中配成1L溶液,则溶液的pH为( )
A.4B.10
C.2D.12
解析:
选B 100℃时,水中[H+]=1×10-6mol·L-1,则[OH-]=1×10-6mol·L-1,可求知KW=[H+][OH-]=1×10-12mol2·L-2,当把0.01molNaOH固体溶于水配成1L溶液时,[OH-]=0.01mol·L-1,[H+]=
mol·L-1=1×10-10mol·L-1,所以溶液pH=10。
6.在100℃时,水的离子积等于1.0×10-12,若该温度下某溶液中的[H+]=1×10-7mol·
L-1,则该溶液( )
A.呈碱性 B.呈酸性
C.呈中性D.[H+]=[OH-]
解析:
选A 100℃时,该溶液中[H+]=1×10-7mol·L-1,[OH-]=1×10-5mol·L-1,[H+]<[OH-],该溶液呈碱性。
7.取浓度相同的NaOH和HCl溶液,以3∶2体积比相混合,所得溶液的pH等于12,则原溶液的浓度为( )
A.0.01mol·L-1B.0.017mol·L-1
C.0.05mol·L-1D.0.50mol·L-1
解析:
选C 设NaOH、HCl溶液的浓度均为c,以3∶2体积比相混合后溶液的[OH-]=0.01mol·L-1,故NaOH过量,反应后[OH-]=(3c-2c)/5=0.01mol·L-1,解得c=0.05mol·
L-1。
8.将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH最接近于(lg2=0.3)( )
A.8.3B.8.7
C.9.3D.9.7
解析:
选D 对于强碱溶液混合要首先求混合溶液中的[OH-],再由KW求混合溶液中的[H+],最后求出pH。
[OH-]混=
,本题中[OH-]1=1.0×10-6mol·
L-1,[OH-]2=1.0×10-4mol·L-1,V1=V2,则[OH-]混=
(10-6+10-4)mol·L-1=5.05×10-5mol·
L-1。
所以[H+]混=
=
mol·L-1≈2×10-10mol·L-1,pH=10-lg2=9.7。
9.某温度下纯水的pH=6。
请据此回答下列问题:
(1)pH=7的溶液呈________(填“酸性”“中性”或“碱性”)。
(2)该温度下0.1mol·L-1的盐酸的pH=________。
(3)0.05mol·L-1的Ba(OH)2溶液的pH=________。
解析:
(1)纯水中的[H+]=[OH-],pH=6,[H+]=[OH-]=1×10-6mol·L-1,KW=1×
10-6mol·L-1×1×10-6mol·L-1=1×10-12mol2·L-2,pH=7的溶液中[H+]=1×10-7mol·L-1,[OH-]=
=1×10-5mol·L-1,[OH-]>[H+],溶液呈碱性。
(2)0.1mol·L-1的盐酸中,[H+]=0.1mol·L-1,pH=-lg[H+]=1。
(3)0.05mol·L-1的Ba(OH)2溶液中,[OH-]=0.05mol·L-1×2=0.1mol·L-1,[H+]=10-11mol·L-1,pH=-lg[H+]=11。
答案:
(1)碱性
(2)1 (3)11
10.
(1)常温下0.01mol·L-1HCl溶液:
①由水电离出的[H+]=________。
②pH=________。
③加水稀释100倍,pH=________。
(2)常温下0.01mol·L-1NaOH溶液:
①pH=________。
②加水稀释100倍,pH=________。
解析:
(1)①0.01mol·L-1HCl溶液中的OH-只来源于水的电离,且[OH-]水=[H+]水,H+来源于水和HCl的电离,由于水的电离程度很小,计算时水电离的H+可忽略,[H+]=0.01mol·L-1,[OH-]=[OH-]水=[H+]水=
=10-12mol·L-1。
②pH=-lg10-2=2。
③加水稀释100倍,[H+]变为原来的
,即[H+]=10-4mol·L-1,pH=4。
(2)①0.01mol·L-1的NaOH溶液中的OH-来源于水和NaOH的电离,由于水的电离程度很小,计算时可忽略,即[OH-]=10-2mol·L-1,所以[H+]=
=1.0×10-12mol·L-1,pH=12;
②加水稀释100倍,[OH-]=10-4mol·L-1,所以[H+]=
=1.0×10-10mol·L-1,pH=10。
答案:
(1)①1.0×10-12mol·L-1 ②2 ③4
(2)①12 ②10
1.将纯水加热至较高温度,下列叙述正确的是( )
A.水的离子积变大、pH变小、呈酸性
B.水的离子积不变、pH不变、呈中性
C.水的离子积变小、pH变大、呈碱性
D.水的离子积变大、pH变小、呈中性
解析:
选D 将纯水加热,平衡H2OH++OH-向右移动,[H+]、[OH-]均变大,但仍然相等,所以KW变大、pH变小,仍然呈中性。
2.用pH试纸测定溶液pH的正确操作是( )
A.将一小块试纸放在表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上,再与标准比色卡对照
B.将一小块试纸用蒸馏水润湿后放在表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待测液点在试纸上,再与标准比色卡对照
C.将一小块试纸在待测液中蘸一下,取出后放在表面皿上,与标准比色卡对照
D.将一小块试纸先用蒸馏水润湿,再在待测液中蘸一下,取出后与标准比色卡对照
解析:
选A pH试纸在使用前不能用蒸馏水润湿,也不能直接放到待测液中去测定,故B、C、D项均错。
3.25℃时,某稀溶液中由水电离产生的[H+]=10-13mol·L-1,下列有关该溶液的叙述正确的是( )
A.该溶液一定呈酸性
B.该溶液一定呈碱性
C.该溶液的pH可能约为1
D.该溶液的pH可能约为12
解析:
选C 根据水的离子积常数,可知由水电离出的[H+]水=[OH-]水=10-13mol·L-1,这是由于在酸性或碱性溶液中,水的电离受到抑制。
若溶液呈酸性,则溶液中OH-只来自水的电离,[H+]水=[OH-]水=[OH-]总=10-13mol·L-1,由KW=[H+]总[OH-]总得[H+]总=10-14/
10-13=10-1mol·L-1,pH=1;若溶液呈碱性,则溶液中H+只来自水的电离,[H+]总=[H+]水=10-13mol·L-1,pH=13。
4.如下图表示水中[H+]和[OH-]的关系,下列判断错误的是( )
A.两条曲线间任意点均有[H+][OH-]=KW
B.M区域内任意点均有[H+]<[OH-]
C.图中T1D.XZ线上任意点均有pH=7
解析:
选D 根据水的离子积定义可知,A项正确;XZ线上任意点都存在[H+]=[OH-],所以M区域内任意点均有[H+]<[OH-],B项正确;因为图像显示T1时水的离子积小于T2时水的离子积,而水的电离程度随温度升高而增大,C项正确;XZ线上只有X点的pH=7,D项错误。
5.pH=1的两种酸溶液A、B各1mL,分别加水稀释到1000mL,其pH与溶液体积(V)的关系如图所示,下列说法不正确的是( )
A.A、B两种酸溶液的物质的量浓度一定相等
B.稀释后,A溶液的酸性比B溶液的弱
C.若a=4,则A是强酸,B是弱酸
D.若1解析:
选A pH相同的两种酸溶液稀释相同的倍数,B溶液的pH变化小,说明B溶液的酸性比A溶液的弱,则pH相同时,两种酸溶液的物质的量浓度是c(B)>c(A),A项错误;稀释后,A溶液的pH大于B溶液的pH,故A溶液的[H+]小于B溶液的[H+],A溶液的酸性较弱,B项正确;若是pH=1的强酸溶液稀释1000倍,则pH=4,弱酸中因存在弱酸的电离平衡,加水稀释,电离平衡右移,故16.下列各项中,能表示人大量喝水时,胃液pH变化的图像是( )
解析:
选A 由于胃液中含有盐酸,所以胃液应呈酸性,pH<7。
大量喝水时,相当于将盐酸无限稀释,pH变大,但无论怎么稀释,胃液都不可能呈碱性,只是无限接近中性,故A项正确。
7.一定温度下,满足下列条件的溶液一定呈酸性的是( )
A.能与金属Al反应放出H2的溶液
B.加酚酞后显无色的溶液
C.pH=6的某溶液
D.[H+]>[OH-]的任意水溶液
解析:
选D 能与金属Al反应放出H2的溶液可能呈酸性,也可能呈碱性,故A项错误;加酚酞后显无色的溶液,可能呈酸性、中性或弱碱性,故B项错误;未指明温度,pH=6的溶液不一定呈酸性,故C项错误;[H+]>[OH-]的任意水溶液一定呈酸性,故D项正确。
8.有