人教版高中化学选修4课堂学案第三章第二节第2课时溶液pH的计算Word下载.docx
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弱碱
稀释10n倍后pH
pH=a+n
a<
pH<
a+n
pH=b-n
b-n<
b
无限稀释后pH
无限接近于7且pH<
7
无限接近于7且pH>
图示
【合作探究】
1.若将pH=2的盐酸加水稀释107倍,其pH是否为9,为什么?
答案不为9。
因为此时应该以水的电离为主,而忽略HCl的电离,稀释后的pH应无限接近7。
2.若将pH=12的NaOH溶液加水稀释107倍,其pH是否为5,为什么?
答案不为5。
因为此时应该以水的电离为主,而忽略NaOH的电离,稀释后的pH应无限接近7。
3.将pH=2的CH3COOH溶液和pH=12的氨水分别加水稀释10倍,pH变化为什么不到一个单位?
答案因为CH3COOH、NH3·
H2O均为弱电解质,在稀释过程中还会继续电离,所以pH变化不到一个单位。
计算下列溶液的pH
(1)pH=2的盐酸加水稀释10倍,其pH为________。
(2)pH=3的H2SO4加水稀释10倍,其pH为________。
(3)pH=2的CH3COOH加水稀释10倍,其pH范围为________。
(4)pH=11的NaOH溶液加水稀释10倍,其pH为____。
(5)pH=12的Ba(OH)2溶液加水稀释10倍,其pH为________。
(6)pH=11的NH3·
H2O加水稀释10倍,其pH范围为________。
答案
(1)3
(2)4(3)2<pH<3(4)10(5)11
(6)10<pH<11
一、酸、碱混合后pH值的计算方法
【例1】
(1)计算下列溶液的pH:
①1.0×
L-1盐酸溶液的pH为4。
②将0.4gNaOH固体溶于水得到1L溶液,该溶液的pH为12。
(2)pH=2的盐酸与pH=4的盐酸,若按1∶10的体积比混合后,溶液的c(H+)为1.0×
10-3__mol·
L-1,pH为3。
(3)将200mL5×
L-1NaOH溶液与100mL2×
10-2mol·
L-1NaOH溶液混合后,溶液的c(OH-)为1.0×
10-2__mol·
L-1,c(H+)为1.0×
10-12__mol·
L-1,pH为12。
(4)pH=12的NaOH溶液与pH=2的硫酸,若等体积混合后,溶液的pH为7;
若按9∶11的体积比混合后,溶液的pH为3;
若按11∶9的体积比混合后,溶液的pH为11。
【归纳总结】溶液pH的计算方法
(1)强酸、强碱溶液的pH的计算方法
先求出强酸、强碱溶液中的c(H+),强酸直接由酸的浓度求出,强碱先由碱的浓度求出
c(OH-),再根据水的离子积换算出c(H+),然后用公式pH=-lgc(H+)求出pH。
(2)酸、碱溶液混合后pH的计算方法
①强酸与强酸混合
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
a.恰好完全反应,溶液呈中性,pH=7。
b.酸过量:
先求c(H+)余=
,
再求pH。
c.碱过量:
先求c(OH-)余=
再求c(H+)=
,然后求pH。
变式训练1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值的计算方法,要先求c(OH-),再求c(H+),最后求pH值。
c(OH-)余=
=0.01mol·
L-1,c(H+)=
=1×
10-12mol·
pH=-lgc(H+)=12。
【例2】在25℃时,有pH为x的盐酸和pH为y的NaOH溶液,取VxL该盐酸同该NaOH溶液中和,需VyLNaOH溶液。
回答下列问题:
(1)若x+y=14,
=________(填数值)。
(2)若x+y=13,
(3)若x+y>14,
=________(表达式),且Vx______Vy(填“>”、“<”或“=”)(题中x≤6,y≥8)。
解析Vx·
10-x=Vy·
10-(14-y)
=
=10(x+y-14)
(1)若x+y=14,则
=1。
(2)若x+y=13,则
。
(3)当x+y>14时,根据
=10x+y-14,
Vx>Vy。
答案
(1)1
(2)
(3)10(x+y-14)>
【方法技巧】酸碱发生中和反应后溶液pH的判断技巧
(1)等体积强酸(pH1)和强碱(pH2)混合
室温时
(2)强酸(pH1)与强碱(pH2)混合呈中性时,二者的体积与pH的关系为
=10pH1+pH2-14,则有如下规律
a.若pH1+pH2=14,则
=1∶1。
b.若pH1+pH2>14,则
=10pH1+pH2-14。
c.若pH1+pH2<14,则
变式训练2室温时,将xmLpH=a的稀NaOH溶液与ymLpH=b的稀盐酸充分反应。
下列关于反应后溶液pH的判断,正确的是()
A.若x=y,且a+b=14,则pH>7
B.若10x=y,且a+b=13,则pH=7
C.若ax=by,且a+b=13,则pH=7
D.若x=10y,且a+b=14,则pH>7
答案D
解析ymLpH=b的盐酸中,n(H+)=y·
10-b×
10-3mol;
xmLpH=a的NaOH溶液中,
n(OH-)=x·
10-(14-a)×
10-3mol。
紧扣n(H+)/n(OH-)来列式分析:
·
1014-(a+b)。
若x=y,且a+b=14,则n(H+)/n(OH-)=1,pH=7,A项错;
若10x=y,且a+b=13,则n(H+)/n(OH-)=100,pH<7,B项错;
若ax=by,且a+b=13,则n(H+)/n(OH-)=
>10(因为a>7,b<7),pH<7,C项错;
若x=10y,且a+b=14,则n(H+)/n(OH-)=
<1,pH>7,D项正确。
二、强酸(碱)与弱酸(碱)的比较
【例3】对室温下100mLpH=2的醋酸和盐酸两种溶液分别采取下列措施,有关叙述正确的是()
A.加水稀释至溶液体积为200mL,醋酸溶液的pH变为4
B.温度都升高20℃后,两溶液的pH不再相等
C.加水稀释至溶液体积为200mL后,两种溶液中c(OH-)都减小
D.加足量的锌充分反应后,两溶液中产生的氢气体积可用上图表示
答案B
解析A选项中醋酸是弱酸,存在电离平衡,加水稀释至200mL时,pH<4;
C选项中加水稀释时,两种溶液中c(OH-)都增大;
D选项中pH相等的醋酸和盐酸,醋酸的浓度大于盐酸,二者和足量的锌反应得到的氢气体积醋酸大于盐酸。
【归纳总结】
1.相同体积、相同物质的量浓度的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较(见下表):
c(H+)
酸性
中和碱的能力
与足量活泼金属反应产生H2的总量
与同一金属反应时的起始反应速率
一元强酸
大
强
相同
一元弱酸
小
弱
2.相同体积、相同c(H+)的一元强酸与一元弱酸的比较(见下表):
少
多
变式训练3向体积都为1L,c(H+)都等于0.01mol·
L-1的盐酸和醋酸溶液中投入0.66gZn,则图中比较符合客观事实的曲线是()
解析c(H+)都等于0.01mol·
L-1的两种溶液,含n(HCl)=0.01mol·
L-1×
1L=0.01mol,含n(CH3COOH)>0.01mol。
而0.66gZn相当于
mol,略大于0.01mol。
对于盐酸来说,Zn过量,对于醋酸来说,Zn不足;
因而反应放出的H2的量应是后者略大于前者。
由于反应开始后,醋酸溶液的c(H+)比盐酸中c(H+)大,故反应速率也较快,所需时间较短。
1.现有常温时pH=1的某强酸溶液10mL,下列操作能使溶液的pH变成2的是()
A.加水稀释成100mL
B.加入10mL的水进行稀释
C.加入10mL0.01mol·
L-1的NaOH溶液
D.加入10mL0.01mol·
L-1的HCl溶液
答案A
解析A加水稀释为原溶液体积的10倍,强酸的pH正好增大1个单位。
2.将100mL0.001mol·
L-1的盐酸和50mLpH=3的硫酸溶液混合后,所得溶液的pH为(设混合后溶液体积的变化忽略不计)()
A.4.5B.2.7C.3.3D.3
解析两种酸混合后,溶液中的c(H+)=
=0.001mol·
L-1,所以溶液的pH=-lgc(H+)
=-lg0.001=3。
3.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·
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
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<
5;
B项,pH=4的H2SO4溶液稀释100倍时,溶液中的c(H+)=1×
L-1,溶液中的c(OH-)水=1×
10-14/1×
L-1=1×
10-8mol·
L-1,c(H+)水=c(OH-)水=1×
C项,0.1mol·
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。
4.室温下,下列溶液等体积混合后,所得溶液的pH一定大于7的是()
A.0.1mol·
L-1的盐酸和0.1mol·
L-1的氢氧化钠溶液
B.0.1mol·
L-1的盐酸和0.05mol·
L-1的氢氧化钡溶液
C.pH=4的醋酸溶液和pH=10的氢氧化钠溶液
D.pH=4的盐酸和pH=10的氨水
解析本题考查了酸碱反应后溶液pH的计算及判断。
HCl为一元强酸,NaOH为一元强碱,Ba(OH)2为二元强碱,故等体积等物质的量浓度的HCl与NaOH恰好中和,pH=7;
与Ba(OH)2反应时,c(H+)=c(OH-)=2c[Ba(OH)2],pH=7,故A、B错误;
pH=4的醋酸溶液中电离出的c(H+)=1×
L-1,pH=10的NaOH溶液电离出的c(OH-)=1×
L-1,因此CH3COOH电离出的H+恰好与NaOH中和,因CH3COOH是弱酸,随着反应的进行,还有大量的CH3COOH分子不断地电离,故pH<
7;
同理,D项中氨水过量,溶液显碱性,pH>
7,故C错误,D正确。
5.下列叙述正确的是()
A.100℃纯水的pH=6,所以水在100℃时呈酸性
B.pH=3的盐酸溶液,稀释至10倍后pH>
4
C.0.2mol·
L-1的醋酸与等体积水混合后pH=1
D.pH=3的盐酸与pH=11的氢氧化钠等体积混合后pH=7
解析A选项中因为是纯水,不管其pH为多少都呈中性;
B选项中盐酸是强酸,所以每稀释10倍pH增大1,故pH=4;
C选项中将0.2mol·
L-1的醋酸与等体积水混合后,溶液的浓度变为0.1mol·
L-1,但由于醋酸是弱酸,所以pH大于1;
D选项中盐酸与氢氧化钠恰好完全反应,所以呈中性。
6.现有a.盐酸、b.醋酸、c.硫酸三种稀溶液,用字母回答下列问题。
(1)若三种酸的物质的量浓度相等。
①三种溶液中的c(H+)大小关系为________。
②取等体积上述三种溶液,分别用同浓度的NaOH溶液完全中和,所需NaOH溶液体积大小关系为________。
③若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应,使Zn恰好完全反应时,消耗三种酸溶液的体积大小关系为________。
④a盐酸和b醋酸,若加水稀释相同的倍数,________的pH大,若加水稀释相同的pH,________加的水多。
(2)若三种酸溶液中的c(H+)相等。
①三种酸的物质的量浓度大小关系为________。
③若取等质量Zn分别跟这三种溶液反应,使Zn恰好完全反应时,消耗三种酸的体积大小关系为________。
④a盐酸和b醋酸,若加水稀释相同的倍数,________的pH大,若加水稀释到相同的pH,________加的水多。
答案
(1)①c>a>b②c>a=b③a=b>c④ba
(2)①b>a>c②b>a=c③a=c>b④ab
解析
(1)①H2SO4为二元强酸:
CH3COOH为弱酸,在水溶液中CH3COOH发生部分电离,故c>a>b。
②三种酸的物质的量相等,因H2SO4为二元酸,所以消耗的NaOH是盐酸和醋酸的两倍,盐酸和醋酸消耗的NaOH相等,所以c>a=b。
③等质量的Zn完全反应,消耗的盐酸和醋酸的体积相等,消耗的H2SO4的体积最少,所以a=b>c。
④由于醋酸部分电离,若加水稀释相同的倍数,醋酸的pH仍然大,若稀释到相同的pH,盐酸加入的水多。
(2)①CH3COOH是弱酸,c(CH3COOH)≫c(H+)>c(H2SO4)=
c(H+),c(HCl)=c(H+),所以b>a>c。
②等体积的三种溶液中,n(CH3COOH)>n(HCl),HCl和H2SO4都是强电解质,两溶液中的n(H+)相等,消耗的NaOH一样多,所以b>a=c。
③等质量的Zn完全反应,消耗的n(H+)相等,所以溶液中c(H+)大的消耗体积要小,H2SO4溶液与盐酸的c(H+)相等,而CH3COOH在反应中会继续电离产生H+,所以消耗体积最小,所以a=c>b。
④由于醋酸是弱电解质,在稀释过程中会继续电离,稀释到相同倍数时,其pH要小,若加水稀释到相同的pH,醋酸加入的水多。
[基础过关]
1.温度为25℃时,将0.23g钠投入到100g水中充分反应,假设反应后溶液体积为100mL,则该溶液的pH为()
A.1B.13C.12D.10
解析n(Na)=
=0.01mol,由2Na+2H2O===2NaOH+H2↑可得n(NaOH)=
0.01mol,则c(OH-)=
=0.1mol·
L-1,故pH=13。
2.已知在100℃的温度下(本题涉及的溶液其温度均为100℃),水的离子积Kw=1.0×
10-12。
下列说法中正确的是()
A.0.05mol·
L-1的H2SO4溶液,pH=1
B.0.001mol·
L-1的NaOH溶液,pH=11
C.0.005mol·
L-1的H2SO4溶液与0.01mol·
L-1的NaOH溶液等体积混合,混合溶液的pH为6,溶液显酸性
D.完全中和pH=3的H2SO4溶液50mL,需要pH=11的NaOH溶液50mL
解析0.05mol·
L-1的H2SO4溶液中c(H+)=0.10mol·
L-1,pH=1。
3.25℃时,若10体积pH=a的某强酸溶液与1体积pH=b的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合之前两溶液的pH之间的关系是()
A.a+b=14B.a+b=13
C.a+b=15D.a+b=7
解析根据混合后溶液呈中性,可得n(H+)=n(OH-),即10-a×
10=10-14+b,所以a+b=15。
二、溶液稀释后pH的变化规律
4.将10mLpH=1的CH3COOH加水稀释至100mL后,溶液的pH为()
A.2B.2<
C.1<
2D.无法判断
解析弱酸、弱碱在稀释过程中不仅有浓度的变化,还有电离平衡的移动,不能求得具体的数值,只能确定其pH的范围。
5.pH相等的盐酸溶液和醋酸溶液都稀释相同的倍数后,pH的大小关系是()
A.盐酸>
醋酸B.醋酸>
盐酸
C.盐酸=醋酸D.无法判断
解析醋酸溶液中存在电离平衡,加水稀释时,平衡向右移动,产生更多H+,使c(H+)降低的程度小于盐酸。
6.室温下,有关pH计算结果一定正确的是()
①强酸pH=a,加水稀释到10n倍,则pH=a+n
②弱酸pH=a,加水稀释到10n倍,则pH<
a+n(a+n<
7)
③强碱pH=b,加水稀释到10n倍,则pH=b-n
④弱碱pH=b,加水稀释到10n倍,则pH>
b-n(b-n>
A.①②B.②③C.③④D.②④
解析本题考查溶液稀释的pH计算。
强酸、强碱稀释时,其稀释的离子分别为H+、OH-,故酸的稀释pH与碱的稀释pH在计算上不同。
若为强酸时,pH=a,c(H+)=10-amol·
L-1,加水稀释到10n倍,稀释后c(H+)=10-(a+n)mol·
L-1,则pH=n+a,但这时稀释程度不大,当(a+n)接近7时,应考虑水的电离,此时(a+n)<
7,故A不完全正确;
若为强碱时,pH=b,则c(H+)=10-bmol·
L-1,即c(OH-)=10-14+b,加水稀释到10n倍后,c(OH-)=
10-14+b-n,换算成c(H+)=10n-b,即pH=b-n。
同理,稀释到很稀时,应考虑水的电离,此时(b-n)>
7。
弱酸与弱碱稀释时除考虑稀释因素外,还要考虑稀释对水电离的促进。
三、强酸与弱酸(或强碱与弱碱)的比较与判断
7.室温下,pH=2的两种一元酸x和y,体积均为100mL,稀释过程中pH与溶液体积的关系如下图所示。
分别滴加NaOH溶液(c=0.1mol·
L-1)至pH=7,消耗NaOH溶液的体积为Vx、Vy,则()
A.x为弱酸,Vx<
VyB.x为强酸,Vx>
Vy
C.y为弱酸,Vx<
VyD.y为强酸,Vx>
解析由图知:
将一元酸x和y分别稀释10倍,pH的变化量ΔpHx=1,ΔpHy<
1,所以x为强酸,y为弱酸;
pH=2时弱酸y的浓度大,滴加NaOH至pH=7时需NaOH溶液的体积则y要比x大。
8.pH=3的两种一元酸HX和HY溶液,分别取50mL加入足量的镁粉,充分反应后,收集到H2的体积分别为V(HX)和V(HY),若V(HX)>
V(HY),则下列说法正确的是()
A.HX可能是强酸
B.HY一定是强酸
C.HX的酸性强于HY的酸性
D.反应开始时二者生成H2的速率相等
解析本题考查了强、弱酸的判断及溶液酸性大小的比较。
据题意,Mg粉足量,酸不足,应根据酸的物质的量来计算H2的体积,由V(HX)>
V(HY),知pH相等时,HX的物质的量浓度比HY的大,即HX是酸性比HY弱的弱酸,而无法判断HY是强酸还是弱酸,故A、B、C错误;
D项反应开始时生成H2的速率取决于c(H+),因为开始时c(H+)相等,故D项正确。
9.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的醋酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
D.pH=3的硫酸和pH=11的氨水等体积混合
解析A项,由于氨水是弱碱,部分电离,其浓度远大于10-3mol·
L-1,故盐酸与氨水混合后,氨水过量,反应后溶液显碱性;
同理,D项反应后的溶液也显碱性;
B项,盐酸电离出的氢离子与氢氧化钡电离出的氢氧根离子的物质的量相等,它们恰好完全反应,反应后溶液显中性;
C项,醋酸是弱酸,部分电离,其浓度远大于10-3mol·
L-1,与氢氧化钡反应后,醋酸过量,反应后溶液显酸性,即pH小于7,故C项正确。
10.室温下,相同条件下的四种溶液①pH=2的CH3COOH溶液;
②pH=2的H2SO4溶液;
③pH=12的氨水;
④pH=12的NaOH溶液。
下列说法正确的是()
A.水电离的c(H+):
①=②=③=④
B.将②、④溶液混合后,pH=7,消耗溶液的体积:
②<④
C.等体积的①、②、④溶液分别与足量铝粉反应,生成H2的量:
②最大
D.向10mL上述四溶液中各加入90mL水后,溶液的pH:
③>④>①>②
解析A项,由于c(H+)=c(OH-),所以对水的抑制程度相同,c(H+)水相同;
B项,由于
c(H+)=c(OH-),若pH=7,体积②=④;
C项,由于CH3COOH继续电离,所以①放出H2最多;
D项,pH应为③>④>②>①。
[能力提升]
11.有pH=12的NaOH溶液100mL,要使它的pH降为11。
(假设溶液混合体积等于稀释前两液体体积之和)
(1)若加入蒸馏水,应加________mL。
(2)若加入pH为10的NaOH溶液,应加________mL。
(3)若加入0.01mol·
L-1的盐酸,应加________mL。
答案
(1)900
(2)1000(3)81.8
解析本题考查了溶液稀释的三种方法:
加水稀释;
加入更稀的溶液稀释;
加入能消耗溶质的溶液稀释。
(1)加水稀释pH=12的NaOH溶液至pH=11,应使体积增大至10倍,所以需加水900mL。
(2)设需pH=10的NaOH溶液体积为V,那么
1×
L-1,V=1L=1000mL。
(3)设需0.01mol·
L-1的盐酸体积为V,那么:
=1.0×
L-1,V≈81.8mL。
12.某温度(t℃)时,水的离子积为Kw=1×
10-13。
若将此温度下pH=11的苛性钠溶液aL与pH=1的稀硫酸bL混合(设混合后溶液体积的微小变化忽略不计),试通过计算填写以下不同情况时两种溶液的体积比。
(1
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