3.1 第2课时 水溶液的酸碱性与pH 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

3.1 第2课时　水溶液的酸碱性与pH
【学习目标】
1.了解溶液的酸碱性与溶液中c平(H+)和c平(OH-)的关系,能够进行溶液酸碱性的判断。
2.知道pH的定义,了解溶液的酸碱性与pH的关系,了解测定溶液pH的方法。
3.掌握与强酸、强碱溶液稀释、混合等有关pH的简单计算。
【自主预习】
一、溶液的酸碱性
1.溶液酸碱性的判断标准:c平(H+)与c平(OH-)的相对大小。
2.溶液酸碱性的表示方法
(1)物质的量浓度:当溶液中c平(H+)或c平(OH-)　　　　时,直接用c平(H+)或c平(OH-)表示。
(2)pH:当溶液中c平(H+)或c平(OH-)　　　　时,使用pH表示。
二、水溶液的pH
1.pH的定义公式:　　　　。
2.室温下水溶液的pH、 c平(H+)、c平(OH-)及酸碱性的关系
pH 0←6 7 8→14
c平(H+)/(mol·L-1) 1←10-6 10-7 10-8→10-14
c平(OH-)/(mol·L-1) 10-14←10-8 10-7 10-6→1
溶液酸碱性 pH越小,　　　 越强 中性 pH越大,　　 越强
【微点拨】
(1)利用c平(H+)和c平(OH-)的相对大小判断溶液酸碱性,在任何温度下均适用。
(2)pOH=-lg c平(OH-),25 ℃时同一溶液中pH+pOH=14。
三、溶液pH的测量方法
1.酸碱指示剂:不同的指示剂在不同的pH范围内变色
指示剂 变色的pH范围
石蕊 <5.0红色 5.0~8.0紫色 >8.0蓝色
甲基橙 <3.1红色 3.1~4.4橙色 >4.4黄色
酚酞 <8.2无色 8.2~10.0浅红色 >10.0红色
2.pH试纸:将pH试纸放在　　　　上,用　　　　蘸取待测溶液点在pH试纸的中部,待颜色变化稳定后对照　　　　可以得到溶液pH,所得pH均为正整数。
3.酸度计:能够直接测量溶液的pH,读数可以精确到小数点后两位。
【参考答案】一、2.(1)>1 mol·L-1　(2)≤1 mol·L-1
二、1.pH=-lg c平(H+)　2.酸性　碱性
三、2.表面皿(或玻璃片)　玻璃棒　标准比色卡
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)pH<7的溶液一定呈酸性。 (　　)
(2)在任何条件下,纯水都呈中性。 (　　)
(3)25 ℃时,纯水和烧碱溶液中水的离子积常数不相等。 (　　)
(4)在100 ℃时,纯水的pH>7。 (　　)
(5)25 ℃时,0.01 mol·L-1的KOH溶液的pH=12。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
【解析】(1)25 ℃时,pH<7的溶液一定呈酸性。(3)25 ℃时,任何电解质溶液中Kw均为1.0×1 mol2·L-2。(4)100 ℃时,纯水中c平(H+)>10-7 mol·L-1,则pH<7。
2.常温下水是呈中性的,水溶液的酸碱性取决于什么
【答案】c平(H+)和c平(OH-)的相对大小。
3.在某溶液中c平(H+)为1×10-7 mol·L-1,此溶液一定呈中性吗
【答案】判断溶液酸碱性的标准是比较c平(H+)与c平(OH-)的相对大小,而不是与1×10-7 mol·L-1相比较,若c平(H+)与c平(OH-)不相等,则c平(H+)为1×10-7 mol·L-1时溶液也不呈中性,如100 ℃时中性溶液中c平(H+)约为×10-6.5 mol·L-1。
4.当溶液中c平(H+)>10-7 mol·L-1时,该溶液一定是酸性溶液吗
【答案】不一定,可能是酸性溶液,也可能为中性溶液,还可能为碱性溶液。必须指明温度。
5.pH试纸使用前能否用蒸馏水润湿 若用润湿的pH试纸测量溶液的pH对结果有何影响
【答案】使用pH试纸前不能用蒸馏水润湿,润湿后相当于稀释了溶液。若是酸性溶液,则润湿后测得的pH偏大;若为碱性溶液,则润湿后测得的pH偏小;若为中性溶液,则无影响。
6.用pH试纸测得某硫酸溶液的pH为4.2,其结论正确吗 为什么
【答案】不正确。用pH试纸测定pH时,得到的是估量值而非确切值,只能读取整数值。
【合作探究】
任务1：溶液的酸碱性
情境导入　水盆花卉,上面花香满室,下面鱼儿畅游,人们不仅可以欣赏以往花的地面部分的正常生长,还可以通过瓶体看到植物世界独具观赏价值的根系生长过程。水中根系错综复杂,鱼儿悠闲游畅,其景美不胜收……各种花卉的生长都需要酸碱性适宜的环境,营养液的酸碱度直接影响营养液中养分存在的状态、转化和有效性。pH大于或小于适宜的界限,花卉便不能吸收所需养分,造成营养缺乏,生长不良,甚至死亡。所以营养液中酸碱度(pH)的调整是非常重要的。你会测定营养液的pH吗
问题生成
1.溶液的酸碱性取决于什么
【答案】溶液的酸碱性是由溶液中c平(H+)与c平(OH-)的相对大小决定的。具体如下表(25 ℃):
溶液的酸碱性 c平(H+)与c平(OH-)比较 c平(H+)大小
酸性溶液 c平(H+)>c平(OH-) c平(H+)>1×10-7 mol·L-1
中性溶液 c平(H+)=c平(OH-) c平(H+)=1×10-7 mol·L-1
碱性溶液 c平(H+)2.25 ℃时,pH与溶液酸碱性的关系如何
【答案】pH大小能反映出溶液中c平(H+)的大小,即能表示溶液的酸碱性强弱。
3.测定营养液酸碱性的方法有哪些
【答案】(1)酸碱指示剂法(只能测定溶液的pH范围)。常见酸碱指示剂的变色范围:
指示剂 变色范围(颜色与pH的关系)
石蕊 红色←5.0紫色8.0→蓝色
酚酞 无色←8.2粉红色10.0→红色
甲基橙 红色←3.1橙色4.4→黄色
　　(2)利用pH试纸测定,正确操作为取一小片pH试纸,放在洁净、干燥的表面皿或玻璃片上,用干燥洁净的玻璃棒蘸取试液点在试纸上,当试纸颜色变化稳定后迅速与标准比色卡对照,读出pH。
(3)利用酸度计测定,酸度计可精确测定试液的pH(读至小数点后2位)。
【核心归纳】
溶液性质 c平(H+)与c平(OH-)的大小关系 c平(H+)/(mol·L-1) pH(25 ℃)
任意温度 25 ℃
中性 c平(H+)=c平(OH-) c平(H+)= c平(H+)=10-7 =7
酸性 c平(H+)>c平(OH-) c平(H+)> c平(H+)>10-7 <7
碱性 c平(H+)7
【典型例题】
【例1】下列溶液一定呈中性的是(　　)。
A.pH=7的溶液
B.c平(H+)=c平(OH-)的溶液
C.由强酸、强碱等物质的量反应得到的溶液
D.非电解质溶于水得到的溶液
【答案】B
【解析】溶液呈中性的根本标志是c平(H+)=c平(OH-)。当pH=7时,只说明c平(H+)=10-7 mol·L-1,当温度高于常温时,中性溶液中的c平(H+)>10-7 mol·L-1,即pH<7,A项错误。等物质的量的强酸与强碱,由于它们所含的H+和OH-的物质的量未知,因此无法判断它们混合后溶液的酸碱性,C项错误。非电解质只是它本身不能直接电离产生离子,当它溶于水时可能与水反应生成能电离的物质,使溶液呈酸性或碱性,如SO2溶于水生成H2SO3,溶液呈酸性,NH3溶于水生成NH3·H2O,溶液呈碱性,D项错误。
【例2】下列说法中正确的是(　　)。
A.某溶液中c平(H+)=c平(OH-)=10-6.5 mol·L-1,该溶液呈中性
B.若溶液中c平(H+)>10-7 mol·L-1,则溶液呈酸性
C.c平(H+)越大,则pH越大,溶液的酸性越强
D.pH为0的溶液,其中只有H+,无OH-
【答案】A
【解析】溶液的酸碱性取决于c平(H+)和c平(OH-)的相对大小,当c平(H+)=c平(OH-)时溶液一定呈中性;25 ℃时c平(H+)>10-7 mol·L-1的溶液才呈酸性,如在100 ℃时纯水
中c平(H+)=c平(OH-)=×10-6.5 mol·L-1>10-7 mol·L-1;c平(H+)越大,pH越小;任何溶液中既含有H+,又含有OH-。
易错提示：(1)判断:溶液酸碱性的根本依据是c平(H+)与c平(OH-)的相对大小。
pH=7的溶液不一定是中性溶液,在室温下,pH=7的溶液是中性溶液,在其他温度下不是中性溶液。
(2)纯水中c平(H+)=c平(OH-),在水溶液中c平(H+)和c平(OH-)不一定相等,但c平(H+)·c平(OH-)一定等于Kw。
(3)pH每增大1个单位,c平(H+)减小到原来的,c平(OH-)增大为原来的10倍。
(4)一定温度下溶液中c平(H+)·c平(OH-)为定值,若一种离子浓度增大(或减小),另一种离子浓度一定会减小(或增大)。
任务2：有关溶液pH的计算
情境导入　有关溶液pH的计算,无论在工农业生产、科学研究还是基础化学教学中,都是一个比较重要的问题。不同计算类型其计算方法不同,溶液的pH如何计算呢
问题生成
1.25 ℃时,0.005 mol·L-1的H2SO4溶液的pH是多少 1×10-5 mol·L-1的NaOH溶液的pH是多少
【答案】H2SO4溶液pH=2。NaOH溶液中c平(OH-)=1×10-5 mol·L-1,则c平(H+)==1×10-9 mol·L-1,pH=9。
2.25 ℃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平(H+)=10-13 mol·L-1
pH=11的Ba(OH)2溶液c平(H+)=10-11 mol·L-1
故二者的混合溶液中c平(H+)=×(10-13 mol·L-1+10-11 mol·L-1)≈5×10-12 mol·L-1
故pH=-lg c平(H+)=-lg (5×10-12)≈11.3
该计算过程正确吗
【答案】不正确。强碱混合求pH时,应先计算溶液中的c平(OH-),然后借助Kw求c平(H+),最后求得pH。
c平(OH-)==0.0505 mol·L-1
pH=-lg≈-lg(1.98×10-13)=13-lg 1.98≈12.7。
【核心归纳】
1.溶液pH的计算方法
(1)单一溶液
溶液类型 相关计算
强酸(HnA) 设HnA的浓度为c mol·L-1,则c平(H+)=nc mol·L-1,pH=-lg c平(H+)=-lg nc
强碱[B(OH)n] 溶液(25 ℃) 设B(OH)n的浓度为c mol·L-1,则c平(OH-)=nc mol·L-1,c平(H+)== mol·L-1,pH=-lg c平(H+)=14+lg nc
(2)混合溶液
溶液类型 相关计算
两种强酸混合 c平(H+)= pH
两种强碱混合 c平(OH-)= c平(H+) pH
强酸强碱混合 恰好完全反应 pH=7(25 ℃)
酸过量 c平(H+)= pH
碱过量 c平(OH-)= c平(H+)= pH
2.稀释后溶液pH的变化规律(常温下)
(1)对于强酸溶液(pH=a),每稀释10n倍,pH增大n个单位,即pH=a+n(a+n<7)。
(2)对于强碱溶液(pH=b),每稀释10n倍,pH减小n个单位,即pH=b-n(b-n>7)。
(3)对于弱酸溶液(pH=a),每稀释10n倍,pH的范围是a(4)对于弱碱溶液(pH=b),每稀释10n倍,pH的范围是b-n(5)酸、碱无限稀释,pH无限接近于7,但酸不能大于7,碱不能小于7。
用图像表示如下:
【典型例题】
【例3】常温下,pH=1的H2SO4溶液和pH=12的NaOH溶液按体积之比2∶9混合,混合后溶液的pH 为(忽略体积变化)(　　)。
A.9　　　　　B.10　　　　　C.2　　　　　D.3
【答案】C
【解析】常温下,pH=1的H2SO4溶液(氢离子浓度是0.1 mol·L-1)和pH=12的NaOH溶液(氢氧根离子浓度为0.01 mol·L-1)按体积比2∶9混合后酸过量,混合后溶液中氢离子浓度是 mol·L-1=0.01 mol·L-1,因此溶液的pH=2。
【例4】已知某温度下纯水的pH=6.5。
(1)pH=7的溶液呈　　　　(填“酸性”、“中性”或“碱性”)。
(2)该温度下,0.1 mol·L-1的盐酸溶液的pH=　　　　。
(3)该温度下,0.005 mol·L-1的Ba(OH)2溶液的pH=　　　　。
(4)该温度下,将pH=12的苛性钠溶液V1L与pH=1的稀硫酸V2L混合(设混合后溶液的体积为原两溶液体积之和),所得混合溶液的pH=2,则V1∶V2=　　　　。
【答案】(1)碱性　(2)1　(3)11　(4)9∶11
【解析】该温度下,Kw=c平(H+)·c平(OH-)=10-13 mol2·L-2。(1)pH=7时,c平(H+)=10-7 mol·L-1,c平(OH-)=10-6 mol·L-1,c平(H+)10-2 mol·L-1,V1∶V2=9∶11。
方法技巧：溶液pH计算的基本流程
【随堂检测】
课堂基础
1.下列关于溶液酸碱性的说法正确的是(　　)。
A.pH=7的溶液呈中性
B.中性溶液中一定有c平(H+)=1.0×10-7 mol·L-1
C.c平(H+)=的溶液呈中性
D.在100 ℃时,纯水的pH<7,因此100 ℃时纯水呈酸性
【答案】C
【解析】只有在25 ℃时pH=7的溶液为中性溶液,A项错误;在中性溶液中,c平(H+)和c平(OH-)一定相等,但并不一定等于1.0×10-7 mol·L-1,B项错误;因为溶液中c平(H+)=,结合Kw=c平(H+)·c平(OH-),可推断出c平(H+)=c平(OH-),所以溶液一定呈中性,C项正确;100 ℃的纯水中,虽然pH<7,但c平(H+)=c平(OH-),纯水还是呈中性,D项错误。
2.将pH=1的盐酸平均分成两份,一份加入适量水,另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液,pH都升高了1,则加入的水与NaOH溶液的体积之比为(　　)。
A.9∶1　　B.10∶1　　C.11∶1　　D.12∶1
【答案】C
【解析】将pH=1的盐酸加适量水,pH升高了1,说明所加的水的体积是原溶液的9倍;另1份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液后,pH升高了1,则10-1×1-10-1·x=10-2·(1+x),解得x=,则加入的水与NaOH溶液的体积之比为9∶=11∶1。
3.常温下,有pH=12的NaOH溶液100 mL,要使它的pH降为11,则(假设溶液混合体积等于混合前两液体体积之和):
(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0.01 mol·L-1的盐酸,应加　　　　mL。
【答案】(1)900　(2)1000　(3)81.8
【解析】(1)加水稀释pH=12的NaOH溶液至pH=11,应使体积增大至原体积的10倍,所以需加水900 mL。(2)设需pH=10的NaOH溶液体积为V,则=1×10-3 mol·L-1,解得V=1 L=1000 mL。(3)设需0.01 mol·L-1的盐酸体积为V,则=1×10-3 mol·L-1,解得V≈81.8 mL。
对接高考
4.(2021·浙江6月选考,19,改编)某同学拟用酸度计测定溶液pH以探究某酸HR是否为弱电解质。下列说法正确的是(　　)。
A.25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH=2,则HR是弱酸
B.25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH>2且pH<7,则HR是弱酸
C.25 ℃时,若测得HR溶液pH=a,取该溶液10.0 mL,加蒸馏水稀释至100.0 mL,测得pH=b,b-a<1,则HR是弱酸
D.25 ℃时,若测得HR溶液pH=a,取该溶液10.0 mL,升温至50 ℃,测得pH=b,若HR是弱酸,则a【答案】B
【解析】25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH=2,则HR为强酸,A项错误; 25 ℃时,若测得0.01 mol·L-1 HR溶液pH>2且pH<7,可知溶液中c平(H+)<0.01 mol·L-1,所以HR未完全电离,HR为弱酸,B项正确;假设HR为强酸,取pH=6的该溶液10.0 mL,加蒸馏水稀释至100.0 mL测得此时溶液pH<7,C项错误;若HR为弱酸,升温至50 ℃,促进弱酸的电离,c平(H+)增大,pH减小,则a>b,D项错误。
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