高考化学大一轮复习讲义第二十八讲 水的电离和溶液的酸碱性.docx
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高考化学大一轮复习讲义第二十八讲水的电离和溶液的酸碱性
第二十八讲水的电离和溶液的酸碱性
1、掌握水的电离过程以及离子积常数以及影响水电离平衡的因素。
2、了解PH的定义,溶液的酸碱性与pH的关系,测定pH方法及简单计算。
3、掌握酸碱中和滴定的基本方法和误差分析。
一、水的电离及离子积常数
1、水的电离平衡:
水是极弱的电解质,能发生自电离:
H2O2+H2O2
H3O++HO
简写为H2O
H++OH-(正反应为吸热反应)其电离平衡常数:
Ka=
2、水的离子积常数:
Kw=c(H+)c(OH-)
(1)室温下:
Kw=1×10-14。
(2)影响因素;只与温度有关,升高温度,Kw增大。
(3)适用范围:
Kw不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质水溶液。
(4)Kw揭示了在任何水溶液中均存在H+和OH-,只要温度不变,Kw不变。
【特别提醒】①水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-),其实质是水溶液中的H+和OH-浓度的乘积,不一定是水电离出的H+和OH-浓度的乘积,所以与其说Kw是水的离子积常数,不如说是水溶液中的H+和OH-的离子积常数。
即Kw不仅适用于水,还适用于酸性或碱性的稀溶液。
不管哪种溶液均有c(H+)H2O=c(OH-)H2O。
②水的离子积常数显示了在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-共存,只是相对含量不同而已。
3、影响水的电离平衡的因素
(1)酸和碱:
酸或碱的加入都会电离出H+或OH-,均使水的电离逆向移动,从而抑制水的电离,水的电离程度减小,Kw不变。
(2)温度:
由于水的电离吸热,若升高温度,将促进水的电离,[H+]与[OH-]同时同等程度的增加,水的电离程度增大,Kw增大,pH变小,但[H+]与[OH-]始终相等,故仍呈中性。
(3)能水解的盐:
不管水解后溶液呈什么性,均促进水的电离,使水的电离程度增大,Kw不变。
(4)其它因素:
如向水中加入活泼金属,由于活泼金属与水电离出来的H+直接作用,使[H+]减少,因而促进了水的电离平衡正向移动。
【总结】外界条件对水的电离平衡的影响
体系变化
条件
平衡移动方向
Kw
水的电离程度
c(OH-)
c(H+)
酸
逆
不变
减小
减小
增大
碱
逆
不变
减小
增大
减小
可水解的盐
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
温度
升温
正
增大
增大
增大
增大
降温
逆
减小
减小
减小
减小
其他:
如加入Na
正
不变
增大
增大
减小
〖特别提醒〗溶液中的c(H+)和水电离出来的c(H+)是不同的:
①常温下水电离出的c(H+)=1×10-7mol/L,若某溶液中水电离出的c(H+)<1×10-7mol/L,则可判断出该溶液中加入酸或碱抑制了水的电离;若某溶液中水电离出的c(H+)>1×10-7mol/L,则可判断出该溶液中加入可以水解的盐或活泼金属促进了水的电离。
②常温下溶液中的c(H+)>1×10-7mol/L,说明该溶液是酸溶液或水解显酸性的盐溶液;c(H+)<1×10-7mol/L,说明是碱溶液或水解显碱性的盐溶液。
【典型例题1】下列操作会促进H2O的电离,且使溶液pH>7的是()
A.将纯水加热到90℃
B.向水中加少量NaOH溶液
C.向水中加少量Na2CO3溶液
D.向水中加少量FeCl3溶液
【答案】C
【点评】温度相同、pH相同的溶液对水的电离程度影响并不一定相同。
如pH=3的盐酸和NH4Cl溶液,前者抑制水的电离,后者促进水的电离;pH=10的NaOH溶液和CH3COONa溶液,前者抑制水的电离,后者促进水的电离。
【迁移训练1】一定温度下,水中存在H2O⇌H++OH-△H>0的平衡,下列叙述一定正确的是()
A.向水中滴入少量稀盐酸,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CH3COONa固体,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.向水中加入少量Na2SO4固体,平衡不移动,c(H+)一定为10-7mol·L-1
【答案】B
考点:
考查水的离子积、影响水电离的因素等知识。
二、溶液的酸碱性和pH的关系
1、pH的计算:
pH=-lgc(H+)
2、酸碱性和pH的关系:
在室温下,中性溶液:
c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1,pH=7
酸性溶液:
c(H+)>c(OH-),c(H+)>1.0×10-7mol·L-1,pH<7
碱性溶液:
c(H+)<c(OH-),c(H+)<1.0×10-7mol·L-1,pH>7
3、pH的测定方法:
(1)酸碱指示剂:
粗略地测溶液pH范围
常用指示剂的变色范围:
石蕊试液的变色范围是pH=5.0-8.0;
酚酞试液的变色范围是8.2~10.0;
甲基橙试液的变色范围是3.1(红)-4.4(黄);
(2)pH试纸:
精略地测定溶液酸碱性强弱
pH试纸使用方法:
①方法:
用镊子夹取一小块pH试纸放在玻璃片(或表面皿)上,用蘸有待测液的玻璃棒点在试纸的中央,试纸变色后,与标准比色卡比较来确定溶液的pH。
②注意:
pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则将可能产生误差。
【思考】如将pH试纸先润湿再测量,对pH值产生什么影响。
(3)pH计:
精确地测定溶液酸碱性强弱
【典型例题2】【2020届河北省定州中学高三上学期第二次月考】下列说法正确的是()
A.常温下,PH=9的碳酸钠溶液中由水电离出的c(OH-)=1×10-9mol·L-1
B.温度相同时,在弱酸溶液和强碱稀溶液中,水的离子积常数Kw相同
C.将pH=4的醋酸溶液稀释后,溶液中所有离子的浓度均降低
D.中和等体积pH相同的H2SO4和HCl溶液,消耗NaOH的物质的量为2:
1
【答案】B
【考点定位】本题考查了盐类水解及弱电解质的电离
【点评】注意A中水电离出氢氧根离子浓度计算方法,注意水的离子积常数与溶液酸碱性及电解质强弱无关,只与温度有关,为易错点。
注意溶液中的c(H+)和水电离出来的c(H+)是不同的:
①常温下水电离出的c(H+)=1×10-7mol·L-1,若某溶液中水电离出的c(H+)<1×10-7mol·L-1,则可判断出该溶液中加入了酸或碱抑制了水的电离;若某溶液中水电离出的c(H+)>1×10-7mol·L-1,则可判断出该溶液中加入了可以水解的盐或活泼金属促进了水的电离。
②常温下溶液中的c(H+)>1×10-7mol·L-1,说明该溶液是酸溶液或水解显酸性的盐溶液;c(H+)<1×10-7mol·L-1,说明是碱溶液或水解显碱性的盐溶液。
【迁移训练2】【2020届河北省沧州一中高三上10.6周测】常温下0.1mol·L-1醋酸溶液的pH=a,下列能使溶液pH=(a+1)的措施是()
A.将溶液稀释到原体积的10倍B.加入适量的醋酸钠固体
C.加入等体积0.2mol·L-1盐酸D.提高溶液的温度
【答案】B
考点:
本题考查了弱电解质的电离与pH的计算
四、酸碱中和滴定
1、概念
利用酸碱中和反应,用已知浓度酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
以标准盐酸溶液滴定待测的NaOH溶液,待测的NaOH溶液的物质的量浓度为c(NaOH)=
。
酸碱中和滴定的关键:
①准确测定标准液的体积。
②准确判断滴定终点。
2、实验用品
(1)试剂:
酸、碱、指示剂、蒸馏水。
(2)仪器:
酸式滴定管、碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、
锥形瓶
(3)滴定管的使用
①酸性、氧化性的试剂一般用酸式滴定管,因为酸性和氧化性物质易腐蚀橡胶管。
②碱性的试剂一般用碱式滴定管,因为碱性物质易腐蚀玻璃,致使活塞无法打开。
3、实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液)
(1)滴定前的准备
①滴定管中:
a.查漏,b.洗涤,c.润洗,d.装液,e.排气,f.调液面,g.记录。
②锥形瓶中:
a.注入碱液,b.记读数,c.加指示剂。
(2)滴定
(3)数据处理
4、误差分析
(1)原理(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
cB=
VB——准确量取的待测液的体积;cA——标准溶液的浓度。
故有:
cB正比于VA。
(2)误差分析
A、标准液配制引起的误差
①称取5.2克氢氧化钠配制标准液时,物码倒置。
(偏高)
②配制标准液时,烧杯及玻璃棒未洗涤。
(偏高)
③配制标准液时,定容俯视。
(偏低)
④配制标准液时,定容仰视。
(偏高)
⑤配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸钠。
(偏高)
⑥配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有碳酸氢钠。
(偏高)
⑦配制标准NaOH滴定盐酸时,NaOH中如混有KOH。
(偏高)
⑧滴定管水洗后,未用标准液洗涤。
(偏高)
B、标准液操作引起的误差
①滴定前读数仰视,滴定后读数俯视。
(偏低)
②滴定结束,滴定管尖嘴处有一滴未滴下。
(偏高)
③滴定前有气泡未赶出,后来消失。
(偏高)
C、待测液操作引起的误差
①锥形瓶水洗后,用待测液润洗过再装待测液。
(偏高)
②锥形瓶有少量水,直接放入待测液。
(无影响)
③摇动锥形瓶时,溅出部分溶液。
(偏低)
〖特别提醒〗
(1)中和反应严格按照化学方程式中化学计量数之比进行,即当酸提供的H+的物质的量与碱提供的OH-的物质的量相等时,恰好中和。
(2)中和反应恰好进行得到的溶液,不一定显中性,有可能显酸性或碱性。
【典型例题3】【2020届重庆市一中高三5月模拟】常温下,用0.50mol/L氢氧化钠溶液滴定某一元弱酸(HA)的溶液中,滴定曲线如图所示,下列叙述不正确的是()
A.该弱酸在滴定前的浓度大于0.001mol/L
B.由滴定起点数据可计算该弱酸的Ka(电离平衡常数)为2×10-5
C.滴定过程为求滴定终点,最合适的指示剂是酚酞
D.滴定终点时,c(Na+)>c(A-)>c(OH-)>c(H+)
【考点定位】考查酸碱中和滴定,离子浓度的大小比较等知识。
【点评】本题考查酸碱中和滴定,离子浓度的大小比较等知识。
对于酸碱指示剂选择的基本原则总结如下:
变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
①不能用石蕊作指示剂;②滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂;③滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂;④强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以;⑤并不是所有的滴定都须使用指示剂,如用标准的Na2SO3溶液滴定KMnO4溶液时,KMnO4颜色褪去时即为滴定终点。
【迁移训练3】【2020届东北三省四市教研联合体高三第一次模拟】酱油是一种常用调味剂,根据国标要求酱油中NaCl的含量不应低于15g/100mL。
莫尔法是较简单的一种测量Cl-含量的方法。
现采用该法测量某市售酱油是否符合NaCl含量标准要求。
实验原理如下(25℃):
Ag++Cl-=AgCl(白色)Ksp(AgCl)=1.8×l0-10
2Ag++Cr042-=Ag2Cr04(砖红色)Ksp(Ag2Cr04)=1.2×10-12
准确移取酱油样品5.00mL稀释至100mL,从其中取出10.00mL置于锥形瓶中,再向其中加入适量的铬酸钾溶液,以0.1000mol/L的硝酸银标准溶液滴定,重复实验三次。
(1)样品稀释过程中,用移取酱油样品,应在中定容,还需用到的玻璃
仪器有_____________。
(2)标准硝酸银溶液用棕色滴定管盛装的原因是__________。
滴定中眼睛应注视,出现即达到滴定终点。
(3)滴定结束时,滴定管中液面如上图所示,则读数为_____________。
(4)若三次消耗硝酸银标准溶液的平均体积为12.50mL,则稀释后的酱油中NaCl的浓度为mol/L,该市售酱油是否符合NaCl含量标准(填“符合”或“不符合”)。
【答案】
(1)酸式滴定管或移液管100mL容量瓶烧杯、玻璃棒、胶头滴管
(2)硝酸银见光易分解试剂瓶中颜色变化淡红色沉淀,不再消失
(3)12.70mL(4)0.1250不符合
(0.1250mol/L×0.01L×58.5g/mol)×10÷5×100=14.625<15g/100mL
该市售酱油是否符合NaCl含量标准不符合。
考点:
本题考查化学实验操作。
考点一:
水电离的c(H+)或c(OH-)的计算
1、常温下,中性溶液c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1
2、溶质为酸的溶液
①来源
OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)=c(OH-)。
②实例
如计算pH=2的盐酸溶液中水电离出的c(H+),方法是先求出溶液的c(OH-)=Kw/10-2=10-12
mol·L-1,即水电离出的c(H+)=c(OH-)=10-12mol·L-1。
3、溶质为碱的溶液
①来源
H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。
②实例
如计算pH=12的NaOH溶液中水电离出的c(OH-),方法是先求出溶液的c(H+)=Kw/10-2=10-12mol·L-1,即水电离出的c(OH-)=c(H+)=10-12mol·L-1。
4、水解呈酸性或碱性的盐溶液
①pH=5的NH4Cl溶液中H+全部来自水的电离,由水电离的c(H+)=10-5mol·L-1,c(OH-)=10-9mol·L-1,是因为部分OH-与部分NH
结合;
②pH=12的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离出的c(OH-)=10-2mol·L-1。
【典型例题4】下列四种溶液中,室温下由水电离生成的H+浓度之比(①∶②∶③∶④)是()
①pH=0的盐酸②0.1mol·L-1的盐酸
③0.01mol·L-1的NaOH溶液④pH=11的NaOH溶液
A.1∶10∶100∶1000B.0∶1∶12∶11
C.14∶13∶12∶11D.14∶13∶2∶3
【答案】A
【考点定位】考查水的电离
【点评】本题考查了水的电离。
电离平衡为H2O
H++OH-,在水中加入酸或者碱溶液,导致溶液中氢离子或者氢氧根离子浓度增大,抑制了水的电离;酸溶液中氢氧根离子是水电离的,碱溶液中氢离子是水电离,据此计算出各项水电离的氢离子浓度。
解题关键是合理判断酸碱溶液中水电离情况分析及计算方法,注意酸溶液中,氢氧根离子是水电离,碱溶液中氢离子是水电离的。
【迁移训练4】常温下,下列三种溶液中,由水电离出的氢离子浓度之比为()
①1mol/L的盐酸②0.1mol/L的盐酸③0.01mol/L的NaOH.
A.1:
10:
100B.0:
1:
12C.14:
13:
12D.14:
13:
2
【答案】A
【解析】
试题分析:
根据溶液中Kw=c(H+)×c(OH﹣),①1mol·L-1的盐酸中由水电离出的氢离子浓度mol·L-1=
10﹣14mol·L-1,②0.1mol·L-1的盐酸中水电离出c(H+)=c(OH-),由水电离出的氢离子浓度10-14/10-1mol·L-1=10﹣13mol·L-1,③0.01mol·L-1的NaOH中水电离出c(H+)=c(OH-),由水电离出的氢离子浓度10-14/10-2mol·L-1=10﹣12mol·L-1,由水电离出的氢离子浓度之比为10﹣14mol·L-1:
10﹣13mol·L-1:
10﹣12mol·L-1=1:
10:
100,故选A正确。
考点:
考查水电离、水的离子积应用等知识
考点二:
加水稀释pH变化及曲线
1、强酸溶液,被稀释10n倍,溶液的pH增大n(溶液的pH不会大于7)。
2、强碱溶液,被稀释10n倍,溶液的pH减小n(溶液的pH不会小于7)。
3、加水稀释时pH值的变化规律(图像)
(1)等物质的量浓度的盐酸(a)与醋酸(b)
物质的量浓度相同的强酸和弱酸稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH增大快;若加水稀释到相同pH,强酸加水多。
(2)等pH的盐酸(a)与醋酸(b)
pH相同的强酸与弱酸,加水稀释相同倍数,溶液的pH变化不同,强酸的pH变化大;若加水稀释到相同pH,弱酸加水多。
【典型例题5】下列叙述正确的是()
A.在醋酸溶液的pH=a,将此溶液稀释1倍后,溶液的pH=b,则a>b
B.在滴有酚酞溶液的氨水里,加入NH4Cl至溶液恰好无色,则此时溶液的pH<7
C.1.0×10-3mol/L盐酸的pH=3.0,1.0×10-8mol/L盐酸的pH=8.0
D.若1mLpH=1的盐酸与100mL
溶液混合后,溶液的pH=7则
溶液的pH=11
【答案】D
又知a=1,所以b=11
【点评】对于pH相同的强酸和弱酸(或强碱和弱碱)溶液稀释相同的倍数,强酸(或强碱)溶液的pH变化幅度大。
这是因为强酸(或强碱)已完全电离,随着加水稀释,溶液中H+(或OH-)数(除水电离的以外)不会增多,而弱酸(或弱碱)随着加水稀释,电离程度增大,H+(或OH-)数会增多。
【迁移训练5】【2020届海南师大附中高三第九次月考】下图表示25℃时,向1L,0.1mol·L-1的一元弱酸HA中加水稀释过程的变化图像,则图中纵坐标y表示的是()
A.c(H+)或c(OH-)B.HA的电离平衡常数Ka
C.c(H+)/c(HA)D.n(H+)或n(OH-)
【答案】CD
考点:
考查弱电解质的电离平衡及其影响因素。
考点三:
pH相关计算
1、总体原则
(1)若溶液为酸性,先求c(H+),再求pH;
(2)若溶液为碱性,先求c(OH-),再由c(H+)=
求c(H+),最后求pH。
2、类型及方法(室温下)
(1)酸、碱溶液pH的计算
①强酸溶液,如HnA,设浓度为cmol/L,c(H+)=ncmol/L,pH=-lgc(H+)=-lg(nc)。
②强碱溶液,如B(OH)n,设浓度为cmol/L,c(OH-)=ncmol/L,c(H+)=
mol/L,pH=-lgc(H+)=14+lg(nc)。
(2)酸、碱混合pH计算
①两强酸混合
c混(H+)=
②两强碱混合
c混(OH-)=
③强酸、强碱混合(一者过量)
先判断哪种物质过量,再由下式求出溶液中H+或OH-的浓度,最后求pH。
c(H+)混或c(OH-)混=
将强酸、强碱溶液以某体积之比混合,若混合液呈中性,则c(H+)∶c(OH-)、V碱∶
V酸、pH酸+pH碱有如下规律(25℃):
因c(H+)酸·V酸=c(OH-)碱·V碱,故有
=
。
在碱溶液中c(OH-)碱=
,将其代入上式得c(H+)酸·c(H+)碱=
,两边取负对数得pH酸+pH碱=14-lg
。
现举例如下:
V酸∶V碱
c(H+)∶c(OH-)
pH酸+pH碱
10∶1
1∶10
15
1∶1
1∶1
14
1∶10
10∶1
13
m∶n
n∶m
14+lgm/n
【典型例题6】在某温度时,测得0.01mol·L-1的NaOH溶液的pH=11。
(1)该温度下水的离子积常数Kw=______________。
(2)在此温度下,将pH=a的NaOH溶液VaL与pH=b的硫酸VbL混合。
①若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=________________________。
②若所得混合液为中性,且a+b=12,则Va∶Vb=_______________________。
【答案】
(1)10-13
(2)①1∶10 ②10∶1
10-2·Vb=10-13/10-12·Va
=
=1∶10。
②根据中和反应H++OH-===H2O
c(H+)·Vb=c(OH-)·Va
10-b·Vb=10-13/10-a·Va
=
=1013-(a+b)=10,即Va∶Vb=10∶1。
【点评】在做关于溶液的pH计算的题目时,要抓住“矛盾的主要方面”,溶液显酸性用溶液中的c(H+)来计算;溶液显碱性先求溶液中的c(OH-),再求溶液中的c(H+)。
口诀:
酸按酸(H+),碱按碱(OH-),酸碱中和求过量,无限稀释7为限。
【迁移训练6】【2020届湖北省恩施一中高三上学期开学考试】常温下,将pH=3的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混合,若要得到pH=7的溶液,混合时盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为()
A.1∶60B.3∶1C.100∶1D.1∶100
【答案】D
考点:
本题考查PH计算。
考点四:
其它滴定实验
1、沉淀滴定法
(1)概念:
沉淀滴定法是利用沉淀反应进行滴定、测量分析的方法。
生成沉淀的反应很多,但符合条件的却很少,实际上应用最多的是银量法,即利用Ag+与卤素离子的反应来测定Cl-、Br-、I-浓度。
(2)原理:
沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂与被滴定物反应的生成物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小,否则不能用这种指示剂。
如用AgNO3溶液滴定溶液中的Cl-的含量时常以CrO
为指示剂,这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶的缘故。
2、氧化还原滴定
以氧化还原反应为基础的分析方法。
它以氧化剂或还原剂为滴定剂,直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质;或者间接滴定一些本身并没有氧化性或还原性,但能与某些氧化剂或还原剂起反应的物质。
氧化滴定剂有高锰酸钾溶液、重铬酸钾溶液、碘水溶液等;还原滴定剂有亚铁盐溶液、抗坏血酸水溶液(即维生素C)等。
【典型例题7】氧化还原滴定实验与中和滴定类似(用已知浓度的氧化剂溶液滴定未知浓度的还原剂溶液或反之)。
现用0.001mol·L-1KMnO4酸性溶液滴定未知浓度的无色NaHSO3溶液。
反应的离子方程式是2MnO
+5HSO
+H+=2Mn2++5SO42-+3H2O
填空完成问题:
(1)该滴定实验所需仪器有下列中的____________。
A酸式滴定管(50mL)B碱式滴定管(50mL)C量筒(10mL)D锥形瓶E铁架台F滴定管夹G烧杯H白纸I胶头滴管J漏斗
(2)不能用________(填“酸”或“碱”)式滴定管盛放高锰酸钾溶液。
试分析原因________________。
(3)选何种指示剂,说明理由____________________________。
(4)滴定前平视KMnO4溶液液面,刻度为amL,滴定后俯视液面刻度为bmL,则(b-a)mL比实际消耗KMnO4溶液体积________(填“多”或“少”)。
根据(b-a)mL计算得到的待测浓度,比实际浓度________(填“大”或“小”)。
【答案】
(1)ADEFH;
(2)碱,高锰酸钾能腐蚀橡胶管且通常要酸化;(3)不用指示剂,因为MnO
→Mn2+时紫色褪去;(4)少,小。
考点:
考查滴定实验、数据处理等知识。
【点评】滴定实验中,产生误差的途径主要有操作不当、读数不准等,分析误差要根据计算式分析,c待测=
,当用标准酸溶液滴定待测碱溶液时,c标准、V待测均为定值,c待测的大小取决于V标准的大小。
【迁移训练7】【2020届江西省余干县高三第四次能力测试】常温时,用0.1000mol/LNaOH滴定25.00 mL
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