浙江专用版学年高中化学专题3溶液中的离子反应第二单元第1课时溶液的酸碱性与pH学案.docx

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浙江专用版学年高中化学专题3溶液中的离子反应第二单元第1课时溶液的酸碱性与pH学案

溶液的酸碱性与pH

[核心素养发展目标] 证据推理与模型认知:

通过分析、推理等方法知道溶液pH的概念及溶液酸碱性与pH的关系,建立溶液酸碱性判断的思维模型。

一、溶液的酸碱性与pH

1.溶液的酸碱性与c(H+)和c(OH-)的关系

c(H+)与c(OH-)相对大小

c(H+)/mol·L-1的范围(25℃)

中性溶液

c(OH-)=c(H+)

c(H+)=1.0×10-7

酸性溶液

c(OH-)

c(H+)>1.0×10-7

碱性溶液

c(OH-)>c(H+)

c(H+)<1.0×10-7

特别提示 

用c(H+)、c(OH-)的相对大小来判断溶液酸碱性,不受温度影响。

2.溶液的pH与c(H+)及酸碱性的关系

(1)pH是c(H+)的负对数,其表达式是pH=-lgc(H+)。

(2)溶液的pH、c(H+)及酸碱性的关系图(25℃):

(3)pH的适用范围:

1×10-14mol·L-1≤c(H+)≤1mol·L-1。

3.溶液酸碱性的测定方法

(1)酸碱指示剂法(只能测定溶液的pH范围):

常见酸碱指示剂的变色范围:

指示剂

变色范围(颜色与pH的关系)

石蕊

<5.0红色

5.0~8.0紫色

>8.0蓝色

酚酞

<8.2无色

8.2~10.0浅红色

>10.0红色

甲基橙

<3.1红色

3.1~4.4橙色

>4.4黄色

(2)利用pH试纸测定。

使用pH试纸的正确操作为取一小块pH试纸于干燥洁净的玻璃片或表面皿上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取试液点在试纸上,当试纸颜色变化稳定后迅速与标准比色卡对照,读出pH。

(3)利用pH计测定。

仪器pH计可精确测定试液的pH(读至小数点后2位)。

溶液酸碱性的判断

例1

 下列溶液一定显酸性的是(  )

A.溶液中c(OH-)>c(H+)

B.滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液

C.溶液中c(H+)=10-6mol·L-1

D.常温时,溶液中由水电离的c(H+)=10-9mol·L-1

答案 B

解析 判断溶液酸碱性的关键是看c(H+)和c(OH-)的相对大小,若c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性;而pH<7或c(H+)>10-7mol·L-1溶液呈酸性,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。

B项中可使紫色石蕊溶液变红,则该溶液为酸性;D项中水电离的c(H+)<10-7mol·L-1,说明向水中加入了抑制水电离的酸或者是碱,溶液的酸碱性不能确定。

考点

 溶液的酸碱性与pH

题点

 溶液酸碱性的判断方法

例2

 李同学在实验室测某溶液的pH。

实验时,他先用蒸馏水润湿pH试纸,然后用洁净干燥的玻璃棒蘸取试样进行检测。

(1)该学生的操作是(填“正确的”或“错误的”),其理由是

(2)如不正确,请分析是否一定有误差:

(3)若用此法分别测定c(H+)相等的盐酸和醋酸溶液的pH,误差较大的是,原因是

答案 

(1)错误的 用湿润的pH试纸来测定溶液的pH,相当于将溶液稀释了,测出的不是原溶液的pH,若溶液不显中性,就会产生误差

(2)不一定有误差,当溶液为中性时则不产生误差

(3)盐酸的pH 因为在稀释过程中醋酸继续电离产生H+,使醋酸溶液中c(H+)受到的影响比盐酸中的小,故误差较小

解析 用蒸馏水润湿pH试纸的操作是错误的,会使测定的溶液被稀释。

考点

 溶液的酸碱性与pH

题点

 溶液酸碱性的实验测定

相关链接

溶液的酸碱性与酸碱强弱的关系

(1)区别:

溶液的酸碱性指的是溶液中c(H+)、c(OH-)的相对大小。

酸、碱的强弱是以电解质的电离程度来区分的;强酸、强碱在水中完全电离;弱酸、弱碱在水中部分电离。

(2)联系:

①强酸溶液的酸性不一定比弱酸溶液的酸性强,中和能力相同的酸,其提供H+的能力相同;

②酸性强的溶液不一定是强酸溶液,酸性相同的溶液弱酸浓度大,中和碱的能力强。

二、酸碱溶液混合后pH的计算方法

1.强酸、强碱单一溶液pH的计算

(1)计算cmol·L-1HnA强酸溶液的pH(25℃)

①c(H+)=ncmol·L-1;

②pH=-lgc(H+)=-lgnc。

(2)计算cmol·L-1B(OH)n强碱溶液的pH(25℃)

①c(OH-)=ncmol·L-1;

②c(H+)=

mol·L-1;

③pH=-lgc(H+)=14+lgnc。

2.酸碱溶液混合后pH的计算

(1)强酸与强酸混合(稀溶液体积变化忽略)

c(H+)混=

,然后再求pH。

(2)强碱与强碱混合

先计算c(OH-)混=

再求c(H+)混=

,最后求pH。

(3)强酸与强碱混合(稀溶液体积变化忽略)

①恰好完全反应,溶液呈中性,pH=7(25℃)。

②酸过量:

先求c(H+)余=

再求pH。

③碱过量:

先求c(OH-)余=

再求c(H+)=

,最后求pH。

(1)凡是单一酸溶液、酸酸混合溶液、酸碱混合溶液酸过量时,均直接求c(H+),再求pH。

(2)单一碱溶液、碱碱混合溶液、酸碱混合溶液碱过量时,必须先求c(OH-),再求c(H+),最后求pH。

例3

 请依据pH的定义式计算下列溶液的pH(25℃)。

(1)0.05mol·L-1H2SO4溶液中,其pH为。

(2)将0.4gNaOH固体溶于水,得到1L溶液,pH=。

答案 

(1)1 

(2)12

考点

 溶液pH的计算

题点

 酸或碱溶液的pH计算

例4

 常温下,将pH=8和pH=10的两种强碱溶液等体积混合,则混合溶液的pH为(  )

A.8.3B.9

C.9.7D.无法确定

答案 C

解析 由于两种溶液均为强碱溶液,故应先求溶液中的c(OH-),再求c(H+)和pH。

设混合前两种强碱溶液的体积均为VL,c(OH-)=

mol·L-1≈5×10-5mol·L-1,故c(H+)=

mol·L-1=2×10-10mol·L-1,pH=-lg(2×10-10)≈9.7。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强碱溶液混合的pH计算

思维启迪——强碱混合溶液pH计算思路

计算强碱混合溶液的pH,要先求混合后的c(OH-),再根据Kw求出溶液中的c(H+),而不是直接用混合前溶液的c(H+)计算。

例5

 常温下,若1体积硫酸与2体积pH=11的氢氧化钠溶液混合后的溶液的pH=3(混合后体积变化不计),则二者物质的量浓度之比应为(  )

A.5∶1B.5∶2

C.1∶5D.2∶5

答案 B

解析 H2SO4+2NaOH===Na2SO4+2H2O,设硫酸的物质的量浓度为cmol·L-1,体积为VL,氢氧化钠溶液浓度为10-3mol·L-1,体积为2VL,混合后pH=3,即c(H+)=

mol·L-1=10-3mol·L-1,解得c=

×10-3mol·L-1,则二者物质的量浓度之比应为5∶2,B项正确。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

例6

 在25℃时,有pH为a的HCl溶液和pH为b的NaOH溶液,取VaL该HCl溶液用该NaOH溶液中和,需VbLNaOH溶液。

请回答下列问题:

(1)若a+b=14,则Va∶Vb=。

(2)若a+b=13,则Va∶Vb=。

(3)若a+b>14,则Va∶Vb=,且Va(填“>”“<”或“=”)Vb。

答案 

(1)1∶1 

(2)1∶10 (3)10a+b-14 >

解析 发生中和反应时:

n(H+)=n(OH-),即10-a×Va=

×Vb;Va∶Vb=10a+b-14;

a+b=14时,Va∶Vb=1;a+b=13时,Va∶Vb=1∶10;

a+b>14时,Va∶Vb=10a+b-14>1,且Va>Vb。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

思维模型

通过分析推理对于酸、碱发生中和反应后溶液pH的判断,可建立如下思维模型(25℃):

(1)强酸(pH1)与强碱(pH2)混合呈中性时,二者的体积关系有如下规律:

①若pH1+pH2=14,则V酸=V碱。

②若pH1+pH2≠14,则

-14。

(2)等体积强酸(pH1)和强碱(pH2)混合。

常温时

(3)酸与碱的pH之和为14,等体积混合。

常温时

规律:

谁弱谁过量,谁弱显谁性。

原因:

酸和碱已电离出的H+与OH-恰好中和,谁弱谁的H+或OH-有储备(即物质过量),还能继续电离。

相关链接

溶液pH的计算

(1)单一溶液pH的计算

溶液类型

相关计算

强酸HnA溶液

设HnA的浓度为cmol·L-1,则c(H+)=ncmol·L-1,pH=-lgc(H+)=-lgnc

强碱B(OH)n溶液

设B(OH)n的浓度为cmol·L-1,则c(OH-)=ncmol·L-1,c(H+)=

mol·L-1,pH=-lgc(H+)=14+lgnc

(2)混合溶液pH的计算

溶液类型

相关计算

两种强酸混合

→c混(H+)=

→pH

两种强碱混合

→c混(OH-)=

→c(H+)=

→pH

强酸与强碱混合

恰好完全反应显中性

pH=7(常温)

酸过量

先求c混(H+)=

→pH

碱过量

先求出c混(OH-)=

→c混(H+)=

→pH

 

(3)酸或碱溶液稀释后pH的计算

溶液类型

稀释至原体积的10n倍

无限稀释

强酸

c(H+)减小为原来的

,pH稀=pH原+n

由于水的电离不可忽视,pH只能接近7(不可能大于7)

强碱

c(OH-)减小为原来的

,pH稀=pH原-n

由于水的电离不可忽视,pH只能接近7(不可能小于7)

弱酸

c(H+)减小的程度比强酸小,pH原

由于水的电离不可忽视,pH只能接近7(不可能大于7)

弱碱

c(OH-)减小的程度比强碱小,pH原>pH稀>pH原-n

由于水的电离不可忽视,pH只能接近7(不可能小于7)

三、酸碱稀释后的pH变化规律

1.室温下计算下列酸溶液稀释后的pH

(1)pH=2的盐酸,若加水稀释10倍,其pH为3;若加水稀释10n倍,其pH为2+n(n≥5时,pH无限接近于7)。

(2)若将pH=5的盐酸加水稀释103倍,其pH接近于7。

(3)pH=2的醋酸溶液,若加水稀释10倍,其pH大小范围应是2

2.室温下计算下列碱溶液稀释后的pH

(1)pH=11的氢氧化钠溶液,若加水稀释10倍,其pH为10;若加水稀释10n倍,其pH为11-n。

(2)pH=11的氨水,若加水稀释10n倍,其pH大小范围应是(11-n)

pH相等的酸或碱溶液稀释后溶液pH的变化示意图

图示

例7

 常温下,关于溶液的稀释下列说法正确的是(  )

A.pH=3的醋酸溶液稀释100倍,pH=5

B.pH=4的H2SO4溶液加水稀释100倍,溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10-6mol·L-1

C.将1L0.1mol·L-1的Ba(OH)2溶液稀释为2L,pH=13

D.pH=8的NaOH溶液稀释100倍,其pH=6

答案 C

解析 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倍时,3

mol·L-1=1×10-8mol·L-1,c(H+)水=c(OH-)水=1×10-8mol·L-1;C项,1L0.1mol·L-1Ba(OH)2溶液稀释到2L时,c(OH-)=

mol·L-1=0.1mol·L-1,c(H+)=1×10-13mol·L-1,pH=13;D项,NaOH是强碱溶液,无论怎么稀释,pH在常温下不可能成为6,只能无限接近于7。

考点

 溶液pH的计算

题点

 酸碱溶液稀释的pH计算及变化规律

易错警示

(1)弱酸、弱碱在稀释过程中既有浓度的变化,又有电离平衡的移动,不能求得具体数值,只能确定其pH的范围。

(2)酸、碱无限稀释,pH无限接近于7,但不能超过7。

例8

 (2018·拉萨期末考试)某温度下,相同pH的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释,溶液pH随溶液体积变化的曲线如图所示。

据图判断正确的是(  )

A.Ⅱ为盐酸稀释时的pH变化曲线

B.b点溶液的导电性比c点溶液的导电性强

C.a点Kw的数值比c点Kw的数值大

D.b点酸的总浓度大于a点酸的总浓度

答案 B

解析 根据电解质的电离平衡特点知:

Ⅱ应为醋酸溶液稀释时的pH变化曲线,A项错误;溶液导电性取决于离子浓度,b点的H+浓度大,导电性强,B项正确;Kw的大小取决于温度,C项错误;相同pH的盐酸和醋酸溶液,醋酸溶液浓度远大于盐酸的浓度,稀释到相同体积时,醋酸溶液(Ⅱ)浓度大于盐酸(Ⅰ)浓度,D项错误。

考点

 强弱电解质的比较与判断

题点

 等体积等pH强、弱电解质的比较与判断

思维启迪——强、弱酸(碱)稀释时pH的变化

稀释弱电解质溶液,能促进弱电解质的电离。

pH相同的强酸与弱酸(强碱和弱碱)溶液,稀释相同的倍数后,弱酸(弱碱)的pH变化小于强酸(强碱)的pH变化。

1.溶液的酸碱性

2.溶液pH的计算

碱按碱、酸按酸,同强混合在中间;

异强混合看过量,无限稀释7为限。

3.pH差值≥2的两种强酸等体积混合后,pH混=pH小+0.3

pH差值≥2的两种强碱等体积混合后,pH混=pH大-0.3

1.(2018·衡水联考)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中央,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中央,再与标准比色卡对照

C.将一小条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.将一小条试纸先用蒸馏水润湿后,在待测液中蘸一下,取出后与标准比色卡对照

答案 A

解析 pH试纸的使用方法:

把一小块试纸放在表面皿或玻璃片上,用蘸有待测液的玻璃棒点在试纸的中部,随即(30s内)用标准比色卡与之对照,确定溶液的pH。

pH试纸不能用水润湿,若用水润湿会使溶液变稀,使测定结果可能产生误差。

考点

 溶液的酸碱性与pH

题点

 溶液酸碱性的实验测定

2.(2018·台州市书生中学月考)关于溶液的酸碱性,下列说法正确的是(  )

A.c(H+)很小的溶液一定呈碱性

B.c(OH-)=c(H+)的溶液一定呈中性

C.不能使酚酞溶液变红的溶液一定呈酸性

D.pH=7的溶液一定呈中性

答案 B

解析 溶液的酸碱性取决于溶液中c(OH-)、c(H+)的相对大小,如果c(OH-)>c(H+),溶液呈碱性,如果c(OH-)=c(H+),溶液呈中性,如果c(OH-)<c(H+),溶液呈酸性。

如果酸的浓度很小,则c(H+)很小,但溶液仍可能呈酸性,故A错误、B正确;酚酞的变色范围是8~10,所以不能使酚酞溶液变红的溶液,可能是中性溶液或酸性溶液,C错误。

3.室温下将0.1mol·L-1HCl溶液和0.06mol·L-1的Ba(OH)2溶液等体积混合后,则该溶液的pH是(  )

A.1.7B.12.3C.12D.1

答案 C

解析 这是强酸和强碱的混合,要先判断混合液的酸碱性。

酸中c(H+)=0.1mol·L-1;碱中c(OH-)=0.12mol·L-1,等体积混合碱过量,根据pH的计算方法,要先求c(OH-)余,再求c(H+),最后求pH。

c(OH-)余=

=0.01mol·L-1,c(H+)=

=1×10-12mol·L-1,则pH=-lgc(H+)=12。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

4.(2018·合肥高二月考)将体积均为10mL、pH均为3的盐酸和醋酸,加水稀释至amL和bmL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释后溶液的体积(  )

A.a=b=100B.a=b=1000

C.a<bD.a>b

答案 C

解析 若a=b=1000,稀释后的CH3COOH溶液pH<5,若使CH3COOH溶液pH=5,就必须继续加水稀释,即a<b。

考点

 溶液pH的计算

题点

 酸碱溶液稀释pH计算及变化规律

5.25℃时,将pH=3的盐酸和pH=12的NaOH溶液混合,当混合后溶液的pH=11时,盐酸和NaOH溶液的体积比是(  )

A.9∶2B.9∶1

C.1∶10D.2∶5

答案 A

解析 pH=3的盐酸中c(H+)=10-3mol·L-1,pH=12的NaOH溶液中c(H+)=10-12mol·L-1,由Kw可求出NaOH溶液中c(OH-)=10-2mol·L-1,混合溶液中c(H+)=10-11mol·L-1,则混合溶液中c(OH-)=10-3mol·L-1,设盐酸和NaOH溶液的体积分别为a和b,则c(OH-)=

mol·L-1=10-3mol·L-1,解得a∶b=9∶2,A项正确。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

6.(2018·永安市一中期中)常温下,关于pH=2的盐酸,下列说法不正确的是(  )

A.溶液中c(H+)=1.0×10-2mol·L-1

B.加水稀释100倍后,溶液的pH=4

C.此溶液中由水电离出的H+和OH-浓度均为1.0×10-12mol·L-1

D.加入等体积pH=12的Ba(OH)2溶液,溶液呈碱性

答案 D

解析 假设稀释前溶液的体积为1L,稀释100倍后,溶液中c(H+)=1×10-2÷100mol·L-1=1×10-4mol·L-1,即pH=4,B正确;盐酸中c(OH-)=Kw/c(H+)=10-14/10-2mol·L-1=1×10-12mol·L-1,水电离出的H+和OH-浓度均为1.0×10-12mol·L-1,C正确;pH=12的Ba(OH)2溶液中c(OH-)=10-2mol·L-1,等体积混合后,H+和OH-恰好完全反应,溶液为中性,故D错误。

题组一 溶液酸碱性的判断与pH的计算

1.下列说法正确的是(  )

A.c(H+)=

的溶液一定呈中性

B.将水加热,Kw增大,pH不变,仍呈中性

C.向水中加入少量氢氧化钠固体,溶液的c(OH-)增大,平衡逆向移动,Kw减小

D.向0.01mol·L-1醋酸溶液中加水,溶液中水电离产生的c(H+)将减小

答案 A

解析 A项,溶液中c(H+)=c(OH-)时为中性,c(H+)=

,说明c(H+)=c(OH-),则溶液为中性,正确;B项,加热促进水的电离,Kw增大,氢离子浓度增大,则pH减小,溶液中c(H+)=c(OH-),仍呈中性,错误;C项,向水中加入少量氢氧化钠固体,溶液的c(OH-)增大,Kw只与温度有关,温度不变,则Kw不变,错误;D项,酸电离的氢离子能抑制水的电离,向0.01mol·L-1醋酸溶液中加水,酸电离的氢离子浓度减小,对水的电离的抑制程度减小,则水电离的c(H+)增大,错误。

考点

 溶液的酸碱性与pH

题点

 水的电离与溶液pH的综合

2.室温下,pH=5的盐酸和pH=9的氢氧化钠溶液以体积比11∶9混合,则混合液的pH为(  )

A.7.2B.8

C.6D.无法计算

答案 C

解析 pH=5的盐酸中c(H+)=1×10-5mol·L-1,pH=9的NaOH溶液中c(OH-)=1×10-5mol·L-1,设两溶液的体积分别为11V和9V,由于酸过量,所得混合溶液中c(H+)=

mol·L-1=1×10-6mol·L-1,即溶液pH=6,C项正确。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

3.已知100℃时,0.01mol·L-1NaHSO4溶液中水电离的c(H+)=10-10mol·L-1,该温度下将pH=8的Ba(OH)2溶液V1L与pH=5的NaHSO4溶液V2L混合,所得溶液pH=7,则V1∶V2为(  )

A.2∶9B.1∶9C.1∶1D.1∶2

答案 A

解析 根据100℃时,0.01mol·L-1NaHSO4溶液中水电离的c(H+)=10-10mol·L-1,确定水的离子积为1.0×10-12,该温度下将pH=8的Ba(OH)2溶液V1L与pH=5的NaHSO4溶液V2L混合,所得溶液pH=7,溶液呈碱性,所以c(OH-)=10-5mol·L-1=

,则V1∶V2=2∶9。

考点

 溶液pH的计算

题点

 强酸、强碱溶液混合的pH计算

4.常温下,将pH=1的硫酸溶液平均分成两等份,一份加入适量水,另一份加入与该硫酸溶液物质的量浓度相同的氢氧化钠溶液,两者pH都增大了1。

则加入水和加入NaOH溶液的体积比约为(  )

A.11∶1B.10∶1C.6∶1D.5∶1

答案 C

解析 设所取每份硫酸的体积为V1,使硫酸由pH=1变为pH=2,所加水的体积为9V1;设所加NaOH溶液的体积为V2,则有c(H+)=

mol·L-1=0.01mol·L-1,解得V2=

V1,即V水∶VNaOH=6∶1。

考点

 溶液pH的计算

题点

 关于溶液pH计算的综合

5.(2018·台州市书生中学期中)在T℃时,某NaOH稀溶液中c(H+)=10-amol·L-1,c(OH-)=10-bmol·L-1,已知a+b=12。

向该溶液中逐滴加入pH=c的盐酸(T℃),测得混合溶液的部分pH如下表所示:

序号

氢氧化钠溶液的体积/mL

盐酸的体积/mL

溶液的pH

20.00

0.00

10

20.00

20.00

6

假设溶液混合前后的体积变化忽略不计,则c为(  )

A.1B.4C.2D.6

答案 C

解析 已知a+b=12,某NaOH溶液中Kw=c(H+)·c(OH-)=10-a×10-b=10-12,则氢氧化钠溶液中c(OH-)=

mol·L-1=10-2mol·L-1;当两种溶液等体积混合时,溶液的pH=6,该溶液呈中性,则氯化氢和氢氧化钠的物质的量相等,两溶液的体积相等,则c(HCl)=c(NaOH)=10-2mol·L-1,所以盐酸的pH=2,故选C。

6.(2018·安徽五校联考)室温时,下列混合溶液的pH一定小于7的是(  )

A.pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合

B.pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合

C.pH=3的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钠溶液等体积混合

D.pH=3的硫酸和pH=11的氨水等体积混合

答案 C

解析 A项中氨水过量,pH>7;B项中pH=7,C项中CH3COOH过量,pH<7;D项中氨水过量,pH>7。

考点

 溶液pH的计算

题点

 酸碱反应后溶液pH判断

7.(2018·包头高二质检)下列叙述正确的是(  )

A.95℃纯水的pH<7,说明加热可导致水呈酸性

B.pH=3的醋酸溶液,稀释至10倍后pH=4

C.0.2

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