学年高中化学人教版选修4教案第3章 第2节 第2课时+pH的计算及应用 Word版含答案.docx
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学年高中化学人教版选修4教案第3章第2节第2课时+pH的计算及应用Word版含答案
第2课时 pH的计算及应用
1.掌握pH的简单计算,了解各类混合溶液pH的计算。
(难点)
2.了解溶液稀释时pH的变化规律。
(重点)
pH的计算及应用
[基础·初探]
教材整理1 溶液pH的计算
1.计算依据
据pH=-lg_c(H+),求pH的关键是求溶液中的c(H+)。
2.计算方法
教材整理2 pH的应用
1.人体健康调节
如洗发时人们用的护发素主要功能是调节头发的pH使之达到适宜的酸碱度。
2.环保治理污水
酸性废水可投加碱性物质使之中和,碱性废水可投加酸性物质或利用烟道气中和。
3.农业生产调节
控制土壤的pH使之适宜作物生长,提高作物的质量和产量。
4.在医疗上
可以通过测试和调节pH来进行诊断和治疗疾病。
5.在科学实验和工业生产方面
溶液pH的控制常常是影响实验结果或产品质量、产量的关键因素。
[探究·升华]
[思考探究]
(1)25℃时,0.005mol·L-1的H2SO4溶液的pH是多少?
1×10-5mol·L-1的NaOH溶液的pH是多少?
【提示】 H2SO4溶液pH=12。
NaOH溶液中c(OH-)=1×10-5mol·L-1,则c(H+)=Kw/c(OH-)=1×10-9mol·L-1,则pH=9
(2)25℃某溶液由水电离出的c(H+)=1×10-12mol·L-1,请探究该溶液的pH可能为多少?
【提示】 若为酸性溶液,则水电离出的c(OH-)=1×10-12mol·L-1,则
c(H+)=
mol·L-1=1×10-2mol·L-1,则pH=2;若为碱性溶液,则c(H+)=c(H+)水=1×10-12mol·L-1,则pH=12。
(3)pH=1的盐酸加入等体积的pH=4的盐酸,pH为多少?
【提示】 pH=1的盐酸和pH=4的盐酸等体积混合后,c(H+)=
mol·L-1=
×10-1mol·L-1,pH=1.3。
(4)25℃时,pH=13的NaOH溶液与pH=11的Ba(OH)2溶液等体积混合,混合溶液的pH计算过程如下:
pH=13的NaOH溶液c(H+)=10-13mol·L-1
pH=11的Ba(OH)2溶液c(H+)=10-11mol·L-1
故二者的混合溶液中c(H+)=
×(10-13mol·L-1+10-11mol·L-1)≈5×10-12mol·L-1
故pH=-lgc(H+)=-lg(5×10-12)=11.3
该计算过程正确吗?
【提示】 不正确。
强碱混合求pH时,应先计算溶液中的c(OH-),然后借助Kw求c(H+),最后求得pH。
c(OH-)=
=0.0505mol·L-1
pH=-lg
=-lg(1.98×10-13)
=13-lg1.98=12.7。
[认知升华]
1.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,c(H+)=ncmol·L-1,pH=-lgc(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,c(H+)=
mol·L-1,pH=-lgc(H+)=14+lgnc。
2.两强酸混合后pH的计算
由c(H+)混=
先求出混合后的c(H+)混,再根据公式pH=-lgc(H+)求pH。
若两强酸溶液等体积混合,可采用速算方法:
混合后溶液的pH等于混合前溶液pH小的加0.3。
如pH=3和pH=5的盐酸等体积混合后,pH=3.3。
3.两强碱混合后pH的计算
由c(OH-)混=
先求出混合后的c(OH-)混,再通过KW求出混合后的c(H+),最后求pH。
若两强碱溶液等体积混合,可采用速算方法:
混合后溶液的pH等于混合前溶液pH大的减0.3。
如pH=9和pH=11的烧碱溶液等体积混合后,pH=10.7。
4.强酸、强碱混合后溶液pH的计算方法
(1)若强酸、强碱混合恰好完全反应,则混合后溶液中的pH=7(25℃)。
(2)若酸过量,直接求反应后溶液中的c混(H+),c混(H+)=
。
(3)若碱过量,应先求混合后溶液中的c混(OH-),再求c混(H+),c混(OH-)=
,c混(H+)=
。
[题组·冲关]
1.根据常温下,水的离子积KW=c(H+)·c(OH-),回答下列问题:
【导学号:
29910036】
(1)c(H+)为1.0×10-2mol·L-1的某溶液中,c(OH-)为________,其pH为________。
(2)pH=3的某盐酸溶液中,c(H+)为________,由水电离产生的c(H+)为________。
(3)c(H+)为1.0×10-12mol·L-1的溶液呈________性,你判断的依据是________。
(4)将0.4gNaOH固体溶于水,得到1L溶液,c(OH-)=________,c(H+)=________,pH=________。
【答案】
(1)10-12mol·L-1 2
(2)10-3mol·L-1 10-11mol·L-1 (3)碱 c(OH-)>c(H+)
(4)0.01mol·L-1 10-12mol·L-1 12
2.常温下,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________,pH为________。
【解析】 c(H+)=
mol·L-1=10-3mol·L-1,pH=3。
【答案】 1×10-3mol·L-1 3
3.常温下,将200mL5×10-3mol·L-1NaOH溶液与100mL2×10-2
mol·L-1NaOH溶液混合后,溶液的c(OH-)为________,c(H+)为________,pH为________。
【答案】 1.0×10-2mol·L-1 1.0×10-12mol·L-1 12
4.常温下,pH=12的NaOH溶液与pH=2的硫酸,若等体积混合后,溶液的pH为________;若按9∶11的体积比混合后,溶液的pH为________;若按11∶9的体积比混合后,溶液的pH为________。
【答案】 7 3 11
酸、碱溶液稀释时pH的变化
[基础·初探]
教材整理
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。
无论稀释多少倍,酸溶液的pH不能等于或大于7,只能趋近于7。
2.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,碱溶液的pH不能等于或小于7,只能趋近于7。
3.强酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则pH=a+n(a+n<7)。
强碱溶液:
pH=b,加水稀释10n倍,则pH=b-n(b-n>7)。
4.弱酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则a 弱碱溶液: pH=b,加水稀释10n倍,则b-n(b-n>7) [探究·升华] [思考探究] 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-1)至pH=7,消耗NaOH溶液的体积为Vx、Vy,则 问题思考: (1)判断一元酸x、y的强、弱。 【提示】 x是强酸,y是弱酸。 (2)c(x)与c(y)的相对大小关系如何? 【提示】 c(x) (3)Vx与Vy的相对大小关系如何? 【提示】 Vx (4)物质的量浓度相同的x、y两种溶液中,c(H+)x和c(H+)y的相对大小关系如何? pHx与pHy的相对大小关系如何? 【提示】 c(H+)x>c(H+)y,pHx [认知升华] 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(见下表和图像) c(H+) 酸性 中和碱 与足量活泼的能力金属反应产生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 相同 大 一元弱酸 小 弱 小 加水稀释时的pH变化情况 2.相同体积、相同c(H+)的一元强酸(如盐酸)与一元弱酸(如醋酸)的比较(见下表和图像) 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 相同 相同 小 少 相同 一元弱酸 大 多 加水稀释时的pH变化情况 [题组·冲关] 题组1 酸、碱溶液稀释后pH变化规律 1.pH相同的醋酸溶液和盐酸,分别用蒸馏水稀释到原溶液的m倍和n倍,稀释后两溶液的pH仍相同,则m和n的关系量是( ) A.m=n B.m>n C.m<nD.无法判断 【解析】 因为醋酸是弱酸,加水后促进电离,醋酸电离度增加,加水后,氢离子浓度在减小的过程中氢离子的物质的量增大,而盐酸是强酸在水中完全电离,加水后,氢离子浓度只是在减小,氢离子的物质的量不变,所以要使稀释后两溶液pH值相同,则醋酸的体积比盐酸的体积要大,就必须使m>n,答案选B。 【答案】 B 2.常温下,关于溶液的稀释,下列说法正确的是( ) 【导学号: 29910037】 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 【解析】 A项,CH3COOH是弱酸,在稀释过程中电离程度增大,稀释100倍后,3 =1×10-8mol/L,由水电离的 c(OH-)与水电离的c(H+)相等;C项,0.1mol/LBa(OH)2溶液稀释到2L时, c(OH-)=0.1mol/L,c(H+)= =10-13mol/L,pH=13;D项,NaOH溶液是强碱溶液,不论怎样稀释,pH在常温下不可能为6,只能无限地接近于7。 【答案】 C 3.向10mLpH为2的稀硫酸中加入一定浓度的BaCl2溶液,恰好反应时溶液体积为100mL,则反应后溶液的pH为( ) A.2 B.3 C.4D.5 【解析】 溶液混合时发生反应Ba2++SO ===BaSO4↓,H+的物质的量没变,相当于将原稀硫酸稀释了10倍,故其pH变为3。 【答案】 B 题组2 一元强酸(碱)与一元弱酸(碱)的比较 4.某温度下,相同pH的盐酸和醋酸溶液分别加水稀释,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点酸溶液的总浓度大于a点酸溶液的总浓度 【解析】 由图示稀释相同倍数,pH变化大的是盐酸,故Ⅰ为盐酸稀释时pH变化曲线,A错;b点比c点pH小,故b点c(H+)大,导电性: b>c,B正确;C项,温度不变,KW不变,故C错;D项,pH: b>a,故c(H+): a>b,D错。 【答案】 B 5.现有体积相同、pH均为2的盐酸和醋酸,下列叙述错误的是( ) A.盐酸溶液中的c(Cl-)与醋酸溶液中的c(CH3COO-)相等 B.它们与NaOH完全中和时,醋酸溶液所消耗的NaOH多 C.分别用水稀释相同倍数时,n(Cl-)<n(CH3COO-) D.它们分别与足量CaCO3反应时,放出的CO2一样多 【解析】 两种溶液中分别存在c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+),c(Cl-)+c(OH-)=c(H+),因pH相等,则c(CH3COO-)=c(Cl-),故A正确;醋酸为弱酸,pH相同时,醋酸浓度较大,则与NaOH完全中和时,醋酸溶液所消耗的NaOH多,故B正确;加水稀释,促进醋酸的电离,醋酸溶液酸性较强,由电荷守恒c(CH3COO-)+c(OH-)=c(H+),c(Cl-)+c(OH-)=c(H+),可知n(Cl-)< n(CH3COO-),故C正确;醋酸浓度较大,体积相同时物质的量较大,则与足量CaCO3反应时,放出的CO2醋酸较多,故D错误。 【答案】 D 6.浓度均为0.10mol·L-1、体积均为V0的MOH和ROH溶液,分别加水稀释至体积V,pH随lg 的变化如图所示。 下列叙述错误的是( ) A.MOH的碱性强于ROH的碱性 B.ROH的电离程度: b点大于a点 C.若两溶液无限稀释,则它们的c(OH-)相等 D.当lg =2时,若两溶液同时升高温度,则 增大 【解析】 由图像分析浓度为0.10mol·L-1的MOH溶液,在稀释前pH为13,说明MOH完全电离,则MOH为强碱,而ROH的pH<13,说明ROH没有完全电离,ROH为弱碱。 A.MOH的碱性强于ROH的碱性,A正确。 B.曲线的横坐标lg 越大,表示加水稀释体积越大,由曲线可以看出b点的稀释程度大于a点,弱碱ROH存在电离平衡: ROHR++OH-,溶液越稀,弱电解质电离程度越大,故ROH的电离程度: b点大于a点,B正确。 C.若两溶液无限稀释,则溶液的pH接近于7,故两溶液的c(OH-)相等,C正确。 D.当lg =2时,溶液V=100V0,溶液稀释100倍,由于MOH发生完全电离,升高温度,c(M+)不变;ROH存在电离平衡: ROHR++OH-,升高温度促进电离平衡向电离方向移动,c(R+)增大,故 减小,D错误。 【答案】 D 学业分层测评(十三) (建议用时: 45分钟) [学业达标] 1.下列说法正确的是( ) A.pH=2的H2SO4与pH=1的硝酸溶液中c(H+)之比为1∶10 B.0.2mol·L-1与0.1mol·L-1醋酸中c(H+)之比为2∶1 C.100℃时,纯水的pH=6,显酸性 D.100mLpH=3的盐酸和醋酸溶液,分别与足量锌反应后,所得H2的质量相等 【解析】 pH=2的H2SO4溶液中c(H+)=0.01mol·L-1,pH=1的HNO3溶液中c(H+)=0.1mol·L-1,二者c(H+)之比为1∶10。 【答案】 A 2.将pH=8和pH=10的两种NaOH溶液等体积混合后,溶液中c(H+)最接近于( ) 【导学号: 51182019】 A. (10-8+10-10)mol/L B.(10-8+10-10)mol/L C.(1×10-4+5×10-10)mol/L D.2×10-10mol/L 【解析】 两种性质相同的溶液相混合时,可按溶质混合前后守恒、溶液体积相加和求混合后溶液的浓度。 此处给出的是pH,据此可求出c(H+),进而再求出c(OH-),然后计算混合液的c(OH-)及c(H+)。 pH=8,c(H+)=10-8mol/L, c(OH-)= mol/L=10-6mol/L。 pH=10,c(H+)=10-10mol/L,c(OH-)= mol/L=10-4mol/L。 等体积混合后混合溶液中,c(OH-)= ≈ mol/L。 混合溶液中,c(H+)= mol/L=2×10-10mol/L。 【答案】 D 3.常温下,将0.1mol·L-1盐酸和0.06mol·L-1氢氧化钡溶液等体积混合后,该混合溶液的pH是( ) A.1.7 B.12.3 C.12D.2 【解析】 两溶液混合,酸液先计算c(H+),碱液先计算c(OH-),再根据KW计算c(H+),酸碱中和谁过量先计算谁,最后根据pH=-lgc(H+)计算溶液的pH。 【答案】 C 4.室温下,取浓度相同的NaOH和HCl溶液,以3∶2体积比混合,所得溶液pH=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】 设原溶液的浓度为c,两者反应后碱过量,应先求c(OH-), c(OH-)= =0.01mol·L-1,解得c=0.05mol·L-1。 【答案】 C 5.在25℃的条件下,将体积都为10mL,pH都等于3的醋酸和盐酸,加水稀释到amL和bmL,测得稀释后溶液的pH均为5,则稀释后溶液的体积为 ( ) A.a=b=10mLB.a=b>10mL C.a 【解析】 因为醋酸是弱酸,盐酸是强酸,在稀释相同体积后,醋酸的pH变化相对盐酸小,则当稀释后两者的pH仍相等,故a>b。 【答案】 D 6.25℃时,将某强酸和某强碱溶液按1∶10的体积比混合后,溶液恰好呈中性,则混合前此强酸和强碱的pH和为( ) A.12B.13 C.14D.15 【解析】 强酸和强碱溶液按1∶10的体积比混合恰好呈中性,则说明酸溶液中的氢离子浓度等于碱溶液中的氢氧根离子的浓度的10倍,故pH和为13,选B。 【答案】 B 7.常温下,下列各混合或稀释后溶液中,pH最大的是( ) A.pH=11的烧碱溶液稀释1000倍 B.pH=11的氨水稀释1000倍 C.pH=4的醋酸和pH=10的烧碱溶液等体积混合 D.pH=5的盐酸稀释1000倍 【解析】 pH=11的烧碱溶液稀释1000倍后,pH=8;pH=11的氨水稀释1000倍后,由于稀释促进电离,pH>8;pH=4的醋酸和pH=10的烧碱溶液等体积混合后,醋酸过量,溶液呈酸性,pH<7;pH=5的盐酸稀释1000倍后,pH接近7但小于7;所以B的pH最大。 【答案】 B 8.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,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,故A是强酸,则a=5,D项错误。 【答案】 C 9.t℃时,某稀硫酸溶液中c(H+)=10-amol·L-1,c(OH-)=10-bmol·L-1,已知a+b=13。 (1)该温度下的离子积常数KW=________。 (2)该温度下(t℃),将100mL0.1mol·L-1的稀H2SO4溶液与100mL 0.4mol·L-1的NaOH溶液混合后(溶液体积变化忽略不计),溶液的pH=____________________________________________________________________。 【解析】 (1)该温度下,水的离子积: KW=c(H+)·c(OH-)=10-(a+b)=1.0× 10-13。 (2)c(OH-)= = 0.1mol·L-1,c(H+)=KW/c(OH-)= =1×10-12mol·L-1,pH=12。 【答案】 (1)1.0×10-13 (2)12 10.已知室温下,求下列溶液的pH: (1)某H2SO4溶液的浓度是0.005mol·L-1, ①此溶液的pH为________。 ②用水稀释到原来体积的100倍,pH为________。 ③再继续稀释104倍,pH为________。 (2)pH=3的盐酸与pH=5的硫酸等体积混合,pH为________。 (3)pH=10和pH=12的两种NaOH溶液等体积混合,pH为________。 (4)pH=12的NaOH溶液和pH=4的HCl溶液等体积混合,pH为________。 【解析】 (1)①c(H+)=0.005mol·L-1×2=0.01mol·L-1,pH=-lg10-2=2。 ②c(H+)=0.01mol·L-1÷100=10-4mol·L-1,pH=-lg10-4=4。 ③pH接近7(酸无限稀释后不会变成碱)。 (2)c(H+)= mol·L-1=5×10-4mol·L-1,pH=-lg(5×10-4)=4-lg5=3.3(强调10-3是10-5的100倍,所以10-5可以忽略不计。 ) (3)c(OH-)= mol·L-1=5×10-3mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=2×10-12mol·L-1。 pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11.7。 (4)NaOH溶液中c(OH-)=10-2mol·L-1;HCl溶液中c(H+)=10-4mol·L-1,二者等体积反应,碱过量,反应后溶液呈碱性。 所以反应后c(OH-)= mol·L-1=5×10-3mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=2×10-12mol·L-1,pH=-lg(2×10-12)=12-lg2=11.7。 【答案】 (1)①2 ②4 ③接近7 (2)3.3 (3)11.7 (4)11.7 [能力提升] 11.室温时,在一定体积pH=12的Ba(OH)2溶液中,逐滴加入一定物质的量浓度的NaHSO4溶液,当溶液中的Ba2+恰好完全沉淀时,溶液pH=11。 若反应后溶液的体积等于Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积之和,则Ba(OH)2溶液与NaHSO4溶液的体积比是( )【导学号: 51182021】 A.1∶9B.1∶1 C.1∶2D.1∶4 【解析】 pH=12的氢氧化钡溶液中c(H+)=1×10-12mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=1×10-2mol·L-1,c[Ba(OH)2]=0.5×10-2mol·L-1;反应后溶液pH=11,c(H+)=1×10-11mol·L-1,c(OH-)= mol·L-1=1× 10-3mol·L-1。 设氢氧化钡溶液体积为V1L,硫酸氢钠溶液的体积为V2L。 依题意知,n(Ba2+)=n(SO )。 由Ba(OH)2+NaHSO4===BaSO4↓+NaOH+H2O知,生成的氢氧化钠的物质的量为n(NaOH)=n[Ba(OH)2]=0.5×10-2V1mol,0.5× 10-2V1/(V1+V2)=1×10-3,V1∶V2=1∶4。 【答案】 D 12.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
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- 学年高中化学人教版选修4教案第3章 第2节 第2课时+pH的计算及应用 Word版含答案 学年 高中化学 人教版 选修 教案 课时 pH 计算 应用 Word 答案