高考化学第8章水溶液中的离子平衡第2节水的电离和溶液的酸碱性考点2溶液的酸碱性和pH讲与练.docx
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高考化学第8章水溶液中的离子平衡第2节水的电离和溶液的酸碱性考点2溶液的酸碱性和pH讲与练
第八章 水溶液中的离子平衡
李仕才
考点二 溶液的酸碱性和pH
1.溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)与c(OH-)的相对大小
2.pH
(1)定义:
pH=-lgc(H+)。
(2)适用范围:
通常应用于c(H+)、c(OH-)都较小的稀溶液,小于1mol/L。
(3)表示意义:
溶液酸性越强,c(H+)越大,pH越小;
溶液碱性越强,c(H+)越小,pH越大。
3.pH的测量方法
(1)酸碱指示剂法
取待测液滴加酸碱指示剂,通过观察溶液颜色的变化来确定溶液的酸碱性。
常用的酸碱指示剂有石蕊、甲基橙、酚酞试液。
其颜色变化及pH变色范围:
(2)pH试纸法
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部,观察变化稳定后的颜色,与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
(3)pH计法
用仪器精确测量溶液的pH。
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
1.任何温度下,利用H+和OH-浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性。
( √ )
2.某溶液的c(H+)>10-7mol·L-1,则该溶液呈酸性。
( × )
3.用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH,一定会使结果偏低。
( × )
4.一定温度下,pH=a的氨水溶液,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1。
( × )
5.25℃时,pH=4.5的番茄汁中c(H+)是pH=6.5的牛奶中c(H+)的2倍。
( × )
6.25℃时,某溶液中水电离出的c(H+)=10-13,则该溶液的pH一定为13。
( × )
7.常温下,pH=3的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合所得溶液呈碱性。
( √ )
8.25℃时,pH=2的CH3COOH和pH=12的NaOH溶液等体积混合所得溶液呈中性。
( × )
9.25℃时,pH=2的盐酸和pH=12的氨水等体积混合所得溶液呈酸性。
( × )
1.pH范围在0~14之间,pH=0的溶液并非没有H+,而是c(H+)=1mol·L-1;pH=14的溶液并非没有OH-,而是c(OH-)=1mol·L-1。
2.溶液显酸碱性的实质是溶液中c(H+)与c(OH-)的相对大小。
利用c(H+)大于、小于或等于1×10-7mol·L-1或pH大于、小于或等于7来判断溶液的酸碱性,利用pH判断前提条件是在常温下。
3.使用pH试纸测溶液pH时用蒸馏水润湿相当于将待测液稀释。
4.不能用pH试纸测定“漂白性”溶液的pH。
5.使用pH试纸测溶液的pH,读数只读取整数,如pH=2。
6.室温下,已知酸和碱pH之和的溶液等体积混合酸碱性分析
(1)两强混合:
①若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③若pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时,一元强酸和一元弱碱等体积混合呈碱性;一元强碱和一元弱酸等体积混合呈酸性。
溶液的酸碱性与pH
1.下列溶液一定呈中性的是( )
A.c(H+)=c(OH-)=10-6mol·L-1的溶液
B.pH=7的溶液
C.使石蕊试液呈紫色的溶液
D.酸与碱恰好完全反应生成正盐的溶液
解析:
溶液呈中性,则c(H+)=c(OH-),A正确;和常温时相比,如果升高温度,水的Kw增大,pH=7的溶液则会显碱性,B错误;常温下在pH=5~8的溶液中石蕊均显紫色,所以C项中溶液可显酸性或碱性;D项中生成的正盐如果能够水解,溶液有可能不呈中性。
答案:
A
2.下列叙述正确的是( )
A.无论是纯水,还是酸性、碱性或中性稀溶液,在常温下,其c(H+)·c(OH-)=1×10-14
B.c(H+)=1×10-7mol·L-1的溶液一定是中性溶液
C.0.2mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)是0.1mol·L-1CH3COOH溶液中的c(H+)的2倍
D.任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱
解析:
B项,没有指明温度,所以c(H+)=10-7mol·L-1的溶液不一定是中性溶液;C项,对于弱电解质,浓度越大,电离程度越小,所以0.2mol·L-1CH3COOH溶液中c(H+)小于0.1mol·L-1CH3COOH溶液中c(H+)的2倍;D项H+浓度大于1mol·L-1或OH-浓度大于1mol·L-1的溶液一般不用pH表示。
答案:
A
3.常温下,下列叙述不正确的是( )
A.c(H+)>c(OH-)的溶液一定显酸性
B.pH=3的弱酸溶液与pH=11的强碱溶液等体积混合后溶液呈酸性
C.pH=5的硫酸溶液稀释到原来的500倍,稀释后c(SO
)与c(H+)之比约为1∶10
D.中和10mL0.1mol·L-1醋酸与100mL0.01mol·L-1醋酸所需NaOH的物质的量不同
解析:
B项,pH=3的弱酸溶液与pH=11的强碱溶液等体积混合,弱酸浓度大,有大量剩余,反应后溶液显酸性。
C项,pH=5的硫酸溶液稀释到原来的500倍,则溶液接近于中性,c(H+)约为10-7mol·L-1,c(SO
)=10-5/(2×500)=10-8mol·L-1,则c(SO
)∶c(H+)=1∶10。
D项,两份醋酸的物质的量相同,则所需NaOH的物质的量相同,错误。
答案:
D
4.下列说法正确的是( )
A.酸式滴定管和量筒都没有“0”刻度线
B.使用pH试纸时,不能润湿,否则一定会使测定结果不准确
C.若用水润湿过的pH试纸去测pH相等的H2SO4和H3PO4,H3PO4的误差更大
D.pH试纸在酸性较强的环境中显红色,在碱性较强的环境中显蓝色
解析:
酸式滴定管有“0”刻度线,A项错误;pH试纸不能润湿,若溶液呈酸性或碱性,测定结果一定有误差,若呈中性,无误差,B项错误;由于H3PO4是弱酸,H2SO4是强酸,稀释相同倍数后,H3PO4的pH增加的比H2SO4小,所以H2SO4的误差大,C项错误。
答案:
D
5.已知温度T时水的离子积常数为Kw,该温度下,将浓度为amol·L-1的一元酸HA与bmol·L-1的一元碱BOH等体积混合。
可判定该溶液呈中性的依据是( )
A.a=b
B.混合溶液的pH=7
C.混合溶液中,c(H+)=
mol·L-1
D.混合溶液中,c(H+)+c(B+)=c(OH-)+c(A-)
解析:
A.a=b,则二者恰好中和,但反应生成的盐的种类不能确定,酸碱性也不能确定,错误;B.由于水的电离平衡常数只与温度有关,温度没有指明是室温,所以混合溶液的pH=7不能确定溶液呈中性,错误;C.由于c(H+)·c(OH-)=Kw,若混合溶液中,c(H+)=
mol·L-1,则c(H+)=c(OH-),溶液呈中性,正确;D.根据电荷守恒,混合溶液中始终存在c(H+)+c(B+)=c(OH-)+c(A-),错误。
答案:
C
6.在室温下等体积的酸和碱的溶液,混合后pH一定小于7的是( )
A.pH=3的硝酸跟pH=11的氢氧化钾溶液
B.pH=3的盐酸跟pH=11的氨水
C.pH=3的硫酸跟pH=11的氢氧化钠溶液
D.pH=3的醋酸跟pH=11的氢氧化钡溶液
解析:
pH=3的硝酸中c(H+)=1×10-3mol/L,pH=11的氢氧化钾溶液中c(OH-)=1×10-3mol/L,在室温下等体积混合后,pH=7,故A错误;pH=3的盐酸中c(H+)=1×10-3mol/L,pH=11的氨水中c(OH-)=1×10-3mol/L,则在室温下等体积混合后,氨水过量,pH>7,故B错误;pH=3的硫酸中c(H+)=1×10-3mol/L,pH=11的氢氧化钠溶液中c(OH-)=1×10-3mol/L,在室温下等体积混合后,pH=7,故C错误;pH=3的醋酸c(H+)=1×10-3mol/L,pH=11的氢氧化钡溶液中c(OH-)=1×10-3mol/L,由于醋酸为弱酸,c(CH3COOH)>1×10-3mol/L,则在室温下等体积混合后,醋酸过量,pH<7,故D正确。
答案:
D
7.下表是不同温度下水的离子积数据:
温度(℃)
25
t1
t2
水的离子积常数
1×10-14
α
1×10-12
试回答下列问题:
(1)若25
(2)在t1时,测得纯水中的c(H+)=2.4×10-7mol·L-1,则c(OH-)为________。
该温度下,测得某H2SO4溶液中c(SO
)=5×10-6mol·L-1,该溶液中c(OH-)=________mol·L-1。
(3)t2℃下,①0.01mol·L-1的氢氧化钠溶液的pH=________。
②若10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合之前,该强酸的pH数值pH1与强碱的pH数值pH2之间应满足的关系是________。
解析:
(1)水是弱电解质,存在电离平衡,电离吸热。
所以温度升高,水的电离程度增大,离子积增大;
(2)水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相同,某温度下纯水中的c(H+)=2.4×10-7mol·L-1,则此时纯水中的c(OH-)=2.4×10-7mol·L-1,该温度下,某H2SO4溶液中c(SO
)=5×10-6mol·L-1,则溶液中氢离子浓度是1×10-5mol·L-1,c(OH-)=
=5.76×10-9mol·L-1;(3)t2温度下水的离子积常数是1×10-12,①0.01mol·L-1的氢氧化钠溶液的c(H+)=1×10-12/0.01=10-10,则pH=10;②设强酸的pH=a,强碱的pH=b,由t2℃时,若10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性,即n(H+)=n(OH-),则10×10-a=1×10b-12,101-a=10b-12,即1-a=b-12,则a+b=13,即pH(酸)+pH(碱)=13。
答案:
(1)> 水的电离是吸热过程,升高温度,平衡向电离的方向移动,c(H+)增大,c(OH-)增大,Kw=c(H+)·c(OH-),Kw增大
(2)2.4×10-7mol·L-1 5.76×10-9mol·L-1
(3)①10 ②pH1+pH2=13
pH的计算
1有关pH计算的一般思维模型
关于溶液pH的计算是高考中的重要题型,主要包含直接求溶液的pH、求酸或碱溶液的浓度、所需酸或碱的体积等,无论以哪一种形式出现,均可按照以下方法求解。
特别提示:
利用c(H+)=
求pH时,要注意温度是否是25℃,Kw是否是1.0×10-14。
2计算方法
(1)单一溶液pH计算
(2)混合溶液pH计算
(3)溶液稀释时pH的计算
提醒:
表中a+n<7,b-n>7。
(4)酸碱等体积混合后溶液酸碱性的判断
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:
1.求下列溶液的pH(常温条件下)(已知lg2=0.3):
(1)0.005mol·L-1的H2SO4溶液________。
(2)0.001mol·L-1的NaOH溶液________。
(3)pH=2的盐酸与等体积的水混合________。
(4)pH=2的盐酸加水稀释到1000倍________。
(5)已知CH3COOH的电离常数Ka=1.8×10-5,0.1mol·L-1的CH3COOH溶液________。
(6)0.1mol·L-1NH3·H2O溶液NH3·H2O的电离度为α=1%,电离度=
×100%________。
(7)将pH=3的HCl与pH=3的H2SO4等体积混合________。
(8)将pH=8的NaOH与pH=10的NaOH溶液等体积混合________。
(9)常温下,将pH=5的盐酸与pH=9的NaOH溶液以体积比11∶9混合________。
解析:
(5) CH3COOHCH3COO-+H+
c初始/mol·L-10.100
c电离/mol·L-1c(H+)c(H+)c(H+)
c平衡/mol·L-10.1-c(H+)c(H+)c(H+)
则Ka=
=1.8×10-5,解得c(H+)≈1.3×10-3mol·L-1,所以pH=-lgc(H+)=-lg(1.3×10-3)≈2.9。
(6) NH3·H2OOH- + NH
c初始/mol·L-10.100
c电离/mol·L-10.1×1%0.1×1%0.1×1%
则c(OH-)=0.1×1%mol·L-1=10-3mol·L-1,c(H+)=
=
mol·L-1=10-11mol·L-1,所以pH=11。
(8)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+)很明显可以根据pH来算,可以根据经验公式来求算pH=10-lg2(即0.3),所以答案为9.7。
(9)pH=5的盐酸溶液中c(H+)=10-5mol·L-1,pH=9的NaOH溶液中c(OH-)=10-5mol·L-1,两者以体积比11∶9混合,则酸过量,混合液的pH小于7。
c(H+)=
=1.0×10-6mol·L-1,pH=-lg(1.0×10-6)=6。
答案:
(1)2
(2)11 (3)2.3 (4)5 (5)2.9 (6)11
(7)3 (8)9.7 (9)6
2.
(1)体积相同,浓度均为0.2mol·L-1的盐酸和CH3COOH溶液,分别加水稀释10倍,溶液的pH分别变成m和n,则m与n的关系为________。
(2)体积相同,浓度均为0.2mol·L-1的盐酸和CH3COOH溶液,分别加水稀释m倍、n倍,溶液的pH都变成3,则m与n的关系为________。
(3)体积相同,pH均等于1的盐酸和CH3COOH溶液,分别加水稀释m倍、n倍,溶液的pH都变成3,则m与n的关系为________。
(4)体积相同,pH均等于13的氨水和NaOH溶液,分别加水稀释m倍、n倍,溶液的pH都变成9,则m与n的关系为________。
答案:
(1)m (2)m>n (3)m 3.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=________。 解析: (1)由题意知,溶液中c(H+)=10-11mol·L-1,c(OH-)=0.01mol·L-1,故Kw=c(H+)·c(OH-)=10-13。 (2)①根据中和反应: H++OH-===H2O。 c(H+)·Vb=c(OH-)·Va 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。 答案: (1)10-13 (2)①1∶10 ②10∶1 4.常温下,有pH为12的NaOH溶液100mL,欲将其pH变为11,采取下列三种措施(忽略混合过程中溶液体积的变化),请回答有关问题: (1)若加水,应加入________mL。 (2)若用pH=10的NaOH溶液,应加入________mL。 (3)若用pH=2的盐酸,应加入________mL。 解析: (1)将碱稀释10倍即可使pH降低1个单位,故需将溶液的总体积扩大到1000mL,加入900mL水。 (2)计算出氢氧根离子浓度的变化,设加入pH=10的NaOH溶液xmL,则 =1×10-3,解得x=1000。 (3)碱有剩余,设加入pH=2的盐酸ymL,根据过量计算, =1×10-3,解得y=81.8。 答案: (1)900 (2)1000 (3)81.8
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