高二化学新人教版选修4第3章 第二节第2课时溶液pH的简单计算 学案.docx
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高二化学新人教版选修4第3章第二节第2课时溶液pH的简单计算学案
第2课时 溶液pH的简单计算
1.掌握有关pH的简单计算,能进行单一酸、碱溶液或酸碱混合溶液pH的计算。
2.了解稀释等条件变化时对pH的影响。
知识点一 pH的简单计算
思考并填空。
1.单一溶液pH的计算
pH计算公式:
pH=-lg_c(H+),
计算的关键:
计算溶液中的c(H+)。
(1)强酸
①计算思路:
c(酸)
c(H+)―→pH。
②举例:
HnA为强酸,其物质的量浓度为cmol·L-1,则有c(H+)=ncmol·L-1,pH=-lgc(H+)=-lg(nc)。
(2)强碱
①计算思路:
c(碱)
c(OH-)
c(H+)―→pH。
②举例:
B(OH)n为强碱,其物质的量浓度为cmol·L-1,则有c(OH-)=ncmol·L-1,c(H+)=10-14/(nc)mol·L-1(常温下),pH=-lgc(H+)=14+lg_(nc)。
2.混合溶液pH的计算
(1)两强酸混合:
先求出混合液的H+浓度,c(H+)混=
,根据pH=-lgc(H+)混求出溶液的pH。
(2)两强碱混合:
先求出混合液的OH-浓度,c(OH-)混=
,通过Kw求出c(H+)混,根据pH=-lgc(H+)混求出溶液的pH。
(3)强酸与强碱混合:
首先判断是否过量,恰好中和时,pH=7;若非完全中和,则依据酸碱反应的相对量,求出混合溶液中过量的c(H+)或c(OH-):
c(H+)混或c(OH-)混=
,若是酸过量,则根据pH=-lgc(H+)混求出溶液的pH;若是碱过量,通过Kw求出c(H+)混,根据pH=-lgc(H+)混求出溶液的pH。
1.判断正误
(1)常温下,0.05mol·L-1的Ba(OH)2溶液的pH=13。
( )
(2)常温下,0.1mol·L-1的盐酸和0.1mol·L-1的氢氧化钠溶液等体积混合后pH=6。
( )
答案:
(1)√
(2)×
2.常温下,0.005mol/L的稀硫酸的pH=________。
解析:
c(H+)=0.005mol/L×2=0.01mol/L,
pH=-lg0.01=2。
答案:
2
溶液pH计算的基本流程
已知lg5=0.7。
(1)pH=3的盐酸稀释到原来的10倍,pH=________;再稀释100倍,pH=________。
(2)pH=11的氢氧化钠溶液稀释到原来的10倍,pH=________;再稀释10倍,pH=________;再稀释100倍,pH________。
(3)pH=1的盐酸和pH=3的硫酸溶液等体积混合,pH=________。
(4)pH=9和pH=11的两种氢氧化钠溶液等体积混合,pH=________。
(5)pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钠溶液等体积混合,pH=________。
(6)pH=3的盐酸和pH=12的氢氧化钠溶液体积比为________时,混合后pH=9。
[解析]
(1)稀释10倍,c(H+)=10-4mol/L,pH=-lgc(H+)=4;再稀释100倍,c(H+)=10-6mol/L,pH=6。
(2)稀释10倍,c(OH-)=10-4mol/L,c(H+)=
=10-10mol/L,pH=-lgc(H+)=10;再稀释10倍,c(OH-)=10-5mol/L,c(H+)=
=10-9mol/L,pH=-lgc(H+)=9;再稀释100倍,c(OH-)=10-7mol/L,由于为碱性溶液,故pH只能接近7。
(3)混合后,溶液中c(H+)=
≈5×10-2mol/L,pH=2-lg5=1.3。
(4)混合后,溶液中c(OH-)=
≈5×10-4mol/L,c(H+)=
=
×10-10mol/L,pH=-lgc(H+)=10+lg5=10.7。
(5)混合前,n(H+)=n(OH-),所以混合后溶液显中性,pH=7。
(6)混合后,溶液中c(OH-)=
=10-5mol/L,解得,
=
。
[答案]
(1)4 6
(2)10 9 接近7 (3)1.3
(4)10.7 (5)7 (6)999∶101
室温下:
pH=1的盐酸与pH=12的NaOH溶液混合后溶液呈中性,则二者的体积比为________。
解析:
pH=1的盐酸中c(H+)=0.1mol/L;pH=12的NaOH溶液中c(OH-)=0.01mol/L,0.1mol/L×V1=0.01mol/L×V2,V1∶V2=1∶10。
答案:
1∶10
室温下,pH=a的强酸和pH=b的强碱等体积混合后,溶液酸碱性可通过
与1的相对大小的比较进行判断。
酸中c(H+)=10-amol·L-1,碱中c(OH-)=10b-14mol·L-1,则
=
=1014-(a+b)。
(1)若a+b=14,则c(H+)=c(OH-),溶液pH=7,呈中性;
(2)若a+b>14,则c(H+)
(3)若a+b<14,则c(H+)>c(OH-),溶液pH<7,呈酸性。
pH的简单计算
1.室温下,将0.1mol/L的盐酸和0.06mol/L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c(OH-)=
=0.01mol/L,c(H+)=
=10-12mol/L,pH=-lgc(H+)=12。
2.把pH=3的H2SO4溶液和pH=10的NaOH溶液混合,两者恰好中和,则酸和碱的体积比例是( )
A.10∶1B.1∶10
C.1∶100D.1∶2
解析:
选B。
设pH=3的H2SO4溶液的体积为x,pH=10的NaOH溶液的体积为y,当两溶液恰好中和时,n(H+)=n(OH-),即c(H+)·x=c(OH-)·y,10-3x=10-4y,则x/y=10-4/10-3=1/10。
知识点二 酸、碱溶液稀释时pH的变化
思考并填空。
1.强酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则pH=a+n。
强碱溶液:
pH=b,加水稀释10n倍,则pH=b-n。
2.弱酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则a<pH<a+n。
弱碱溶液:
pH=b,加水稀释10n倍,则b-n 3.酸碱溶液无限稀释,pH只能接近于7,酸溶液的pH不可能大于7,碱溶液的pH不可能小于7。 1.判断正误 (1)将pH=5的盐酸加水稀释1000倍后pH=8。 ( ) (2)1LpH=11的氨水加水稀释,若稀释后pH=9,则溶液的体积是100L。 ( ) 答案: (1)× (2)× 2.25℃时,将pH=3的CH3COOH溶液加水稀释1000倍后,溶液的( ) A.pH=6 B.pH<6 C.pH>6D.pH=7 答案: B 等pH的酸、碱溶液的稀释图像 1.酸溶液的稀释 2.碱溶液的稀释 pH=2的A、B两种酸溶液各1mL,分别加水稀释到1000mL,其中pH与溶液体积V的关系如图所示,下列说法正确的是( ) A.A、B两酸溶液的物质的量浓度一定相等 B.稀释后,A酸溶液的酸性比B酸溶液强 C.a=5时,A是强酸,B是弱酸 D.一定有关系: 5>a>2 [解析] 由图像可以看出稀释过程中两种酸的pH增大程度不同,说明两种酸的强弱不同,故pH=2的两种酸的浓度一定不同,A项错误。 由图像知,稀释后A溶液的pH大于B溶液的pH,则A中c(H+)小于B中c(H+),A酸溶液的酸性比B酸溶液的弱,B项错误。 a=5时,表明pH=2的A酸溶液稀释1000倍后pH增加3,故A一定是强酸;pH=2的B酸溶液稀释1000倍后pH<5,说明B酸溶液中存在电离平衡,则B是弱酸,C项正确。 若A、B都是弱酸,稀释1000倍后,A、B两溶液pH均要增大,而增加的值均小于3,有5>a>2,若A是强酸,则a=5,D项错误。 [答案] C 解答本题要注意以下3点: (1)搞清图像中纵横坐标的含义。 (2)弱酸稀释时氢离子浓度减小的程度小。 (3)氢离子浓度越大,酸性越强,pH越小。 溶液稀释时pH的变化 1.pH=2的两种弱酸HA、HB加水稀释后,溶液pH随加水量变化的曲线如下图所示。 则下列叙述正确的是( ) A.电离常数HA>HB B.等体积的HA和HB与等浓度的NaOH反应,HA消耗的NaOH多 C.等体积的HA和HB与足量的Zn反应,HA生成的氢气多 D.两种酸的物质的量浓度相同 解析: 选A。 由图中曲线可以看出,HA的酸性强于HB,故电离常数HA>HB,故A正确;酸性越弱,电离程度越小,故pH=2时,HB的浓度大于HA,故D错误;等体积时,HB的物质的量大于HA,故B、C错误。 2.如图所示,能表示人体大量喝水时,胃液的pH变化的图像是( ) 解析: 选A。 胃液中含有HCl,有一定酸性。 大量喝水相当于对盐酸稀释,其酸性减弱,pH增大。 但溶液再稀也保持酸性,则pH一定小于7。 A图像符合题意。 重难易错提炼 1.溶液pH计算“一个凡是”和“一个必须” (1)凡是单一酸溶液、酸酸混合溶液、酸碱混合酸过量时,均直接求c(H+),再求pH。 (2)单一碱溶液、碱碱混合溶液、酸碱混合碱过量时,必须先求c(OH-),再求c(H+),最后求pH。 2.溶液的稀释规律“两情况” (1)酸稀释,pH增大,强酸(或弱酸)每稀释10n倍,其pH增大(或增大不到)n个单位。 (2)碱稀释,pH减小,强碱(或弱碱)每稀释10n倍,其pH减小(或减小不到)n个单位。 课后达标检测[学生用书单独成册] [基础巩固] 1.常温下,将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液中c(H+)最接近( ) A.(10-8+10-10)mol·L-1 B.(10-4+10-6)mol·L-1 C.2×10-8mol·L-1 D.2×10-10mol·L-1 解析: 选D。 两溶液都是碱液,混合后总的c(OH-)接近0.5×10-4mol·L-1,故c(H+)最接近2×10-10mol·L-1,故选D。 2.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∶9 B.1∶9 C.1∶1D.1∶2 解析: 选A。 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=(10-4V1-10-5V2)/(V1+V2),则V1∶V2=2∶9。 3.某温度下水的离子积Kw=10-13,在此温度下,将pH=a的NaOH溶液VaL与pH=b的H2SO4溶液VbL混合,下列说法正确的是( ) A.若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶1 B.若所得混合液pH=7,且a+b=12,则Va∶Vb=100∶1 C.若所得混合液的pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶9 D.若所得混合液的pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=101∶99 解析: 选C。 A项,c(OH-)=10-1mol·L-1,c(H+)=10-2mol·L-1。 若Va∶Vb=1∶1,此时溶液呈碱性,错误。 B项, =10-6, = ,错误。 C、D项, =10-3, =1∶9,C正确,D错误。 4.常温下,将10mLpH=1的CH3COOH加水稀释至100mL后,溶液的pH为( ) A.pH=2B.2 C.1 解析: 选C。 10mL稀释至100mL,稀释了10倍,pH=1的弱酸稀释后1 5.下列叙述正确的是( ) A.用水稀释0.1mol·L-1的氨水,则溶液中 增大 B.pH=3的盐酸和醋酸分别升高相同的温度,pH均不变 C.在等体积等pH的盐酸和醋酸两溶液中分别加入等质量的相同锌粒,若只有一种溶液中的锌粒有剩余,则该溶液一定是盐酸 D.两种氨水的物质的量浓度分别为c1和c2,pH分别为a和a+1,则c2=10c1 解析: 选C。 A项,加水稀释时,n(NH3·H2O)减小,n(OH-)增大,所以 减小;B项,盐酸升温,pH不变,但醋酸溶液升温电离程度增大,pH减小;D项,溶液越稀,电离程度越大,若电离程度相同时,c2=10c1,由于c1对应的NH3·H2O电离程度大,所以c2>10c1。 6.常温下,①pH=2的CH3COOH溶液;②pH=2的H2SO4溶液;③pH=12的氨水;④pH=12的NaOH溶液。 相同条件下,有关上述溶液的比较中,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: 选A。 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。 7.pH=11的X、Y两种碱溶液各5mL,分别稀释至500mL,其pH与溶液体积(V)的关系如图所示,下列说法正确的是( ) A.稀释后X溶液中水的电离程度比Y溶液中水的电离程度小 B.若X为强碱,则a=9 C.若X、Y都是弱碱,则a的值不一定大于9 D.完全中和等体积的X、Y两溶液时,消耗同浓度稀硫酸的体积V(X)>V(Y) 解析: 选B。 由图可知稀释100倍后X的pH变化大,则X的碱性比Y强,若X、Y都是弱碱,则a大于9,C项错误;稀释后Y的c(OH-)大,对水的电离抑制程度大,X溶液中水的电离程度大,A项错误;若X为强碱,稀释100倍,pH减小2变为9,B项正确;完全中和等体积的X、Y两溶液,Y消耗稀H2SO4的体积大,因为Y的物质的量浓度大,D项错误。 8.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图所示。 分别滴加NaOH溶液(c=0.1mol/L)至pH=7,消耗NaOH溶液的体积为Vx、Vy,则( ) A.y为弱酸,Vx>VyB.x为弱酸,Vx>Vy C.x为强酸,Vx<VyD.y为强酸,Vx>Vy 解析: 选C。 本题考查弱电解质的电离平衡,通过两种酸稀释前后的pH变化,理解强弱电解质的本质区别和外界因素对弱电解质电离平衡的影响等。 由图像可知x稀释10倍,pH变化1个单位(从pH=2变化为pH=3),故x为强酸,而y稀释10倍,pH变化小于1个单位,故y为弱酸,排除选项B、D;pH都为2的x、y,前者物质的量浓度为0.01mol/L,而后者物质的量浓度大于0.01mol/L,故中和至溶液为中性时,后者消耗碱的体积大,故选项C正确。 9.温度t℃时,某NaOH稀溶液中c(H+)=10-amol/L,c(OH-)=10-bmol/L,已知a+b=12,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”)。 (4)该温度下若a=8,要中和500mL该NaOH溶液,需pH=2的盐酸的体积为________。 解析: (1)Kw=c(H+)·c(OH-)=10-a·10-b=10-(a+b)=10-12。 (2)c(NaOH)=c(OH-)=10-bmol/L,该溶液中c(H+)=10-amol/L,NaOH溶液中H+全是水电离的,c水(OH-)=c(H+)=10-amol/L。 (3)温度升高时,Kw变大,而c(H+)= ,所以c(H+)变大,pH变小。 (4)a=8时,NaOH溶液中c(H+)=10-8mol/L,c(OH-)= mol/L=10-4mol/L,设需pH=2即c(H+)=10-2mol/L的盐酸体积为V,则10-4mol/L×0.5L=10-2mol/L×V,得V=5×10-3L=5mL。 答案: (1)10-12 (2)10-bmol/L 10-amol/L (3)变小 (4)5mL 10.某温度(t℃)时,水的离子积Kw=1×10-12,则该温度(填“>”“<”或“=”)________25℃,其理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (1)将此温度下pH=11的NaOH溶液与pH=1的HCl溶液等体积混合,混合后溶液的pH=________。 (2)将此温度下pH=11的NaOH溶液aL与pH=1的H2SO4溶液bL混合: ①若所得混合液呈中性,则a∶b=________; ②若所得混合液的pH=2,则a∶b=________。 解析: 温度越高,水的电离程度越大,Kw越大,25℃时Kw=1×10-14。 (1)此温度下pH=11的NaOH溶液中c(OH-)=10-1mol/L,pH=1的HCl溶液中c(H+)=10-1mol/L,所以两溶液等体积混合后应恰好完全反应,则混合后溶液的pH=6。 (2)①若所得混合液呈中性,则0.1mol/L×aL=0.1mol/L×bL,所以a∶b=1∶1;②若所得混合液的pH=2,则混合后c(H+)=0.01mol/L,则 =0.01mol/L,即 =0.01mol/L,得a∶b=9∶11。 答案: > 水的电离过程是吸热过程,升高温度,能促进水的电离,水的离子积增大 (1)6 (2)①1∶1 ②9∶11 [能力提升] 11.相同体积、相同pH的某一元强酸溶液①和某一元中强酸溶液②分别与足量的锌粉发生反应,下列关于氢气体积(V)随时间(t)变化的示意图正确的是( ) 解析: 选C。 本题考查弱电解质的电离平衡,意在考查考生分析图像的能力。 pH相同的一元中强酸的物质的量浓度大于一元强酸的物质的量浓度,所以加入足量锌粉最终产生氢气的量,一元中强酸多,反应过程中,未电离的中强酸分子继续电离,使得溶液中H+浓度比强酸大,反应速率中强酸大于强酸。 12.下列混合溶液在常温下呈酸性的是( ) A.相同浓度的CH3COOH和NaOH溶液等体积混合 B.pH=2的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合 C.pH=3的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合 D.pH=2的CH3COOH和pH=12的NaOH溶液等体积混合 解析: 选D。 A项,二者混合恰好生成强碱弱酸盐,溶液呈碱性;B项,二者混合后恰好完全中和,溶液呈中性;C项,碱过量,混合后溶液呈碱性;D项,CH3COOH过量,混合后溶液呈酸性。 13.下列说法正确的是( ) A.将pH=5的硫酸溶液稀释500倍后溶液中c(SO )∶c(H+)≈1∶10 B.常温下,将pH=5的醋酸溶液稀释100倍后溶液pH=7 C.常温下,将pH=9的氢氧化钠溶液稀释100倍后溶液pH=7 D.常温下,将0.01mol·L-1的硫酸溶液稀释100倍后溶液pH=4 解析: 选A。 pH=5的硫酸溶液稀释500倍后,c(SO )=1×10-5mol·L-1× × =1×10-8mol·L-1,由于水的电离,c(H+)≈1×10-7mol·L-1,由c(SO )∶c(H+)≈(1×10-8)∶(1×10-7)=1∶10,故A正确;B项溶液pH<7,故B错误;无论是酸还是碱的稀溶液,无限稀释时,溶液的pH只能接近于7,但不能等于7,故C错误;c(H+)=0.01mol·L-1×2× =2×10-4mol·L-1,pH=-lg(2×10-4)=3.7,故D错误。 14.下表是不同温度下水的离子积数据: 温度/℃ 25 t1 t2 水的离子积Kw 1×10-14 a 1×10-12 试回答以下问题: (1)若25<t1<t2,则a________1×10-14(填“>”“<”或“=”)。 (2)25℃下,某Na2SO4溶液中c(SO )=5×10-4mol·L-1,取该溶液1mL加水稀释至10mL,则稀释后溶液中c(Na+)∶c(OH-)=________。 (3)在t2℃下pH=10的NaOH溶液中,水电离产生的OH-浓度为________。 解析: (1)升温,Kw变大。 (2)c(SO )=5×10-4mol·L-1,则c(Na+)=2c(SO )=1×10-3mol·L-1,稀释10倍,则c(Na+)=1×10-4mol·L-1。 25℃时Na2SO4溶液中c(OH-)=1×10-7mol·L-1,稀释10倍后仍然为1×10-7mol·L-1,则c(Na+)∶c(OH-)=103∶1。 (3)pH=10的NaOH溶液c(H+)=10-10mol·L-1,NaOH溶液中c(H+)来自水的电离,水电离出H+的同时也电离出等量的OH-。 答案: (1)> (2)1000∶1 (3)1×10-10mol·L-1 15.有一学生甲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。 学生乙对学生甲的操作的评价为操作错误,测定结果一定有误差。 学生丙对学生甲操作的评价为操作错误,但测定结果不一定有误差。 (1)你支持________(填“乙”或“丙”)同学的观点,原因是________________________________________________________________________。 (2)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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)只从下列试剂中选择实验所需的物品,你________(填“能”或“不能”)区分0.1mol/L的硫酸和0.01mol/L的硫酸。 若能,简述操作过程: ___________________________
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