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- 2021-07-06 发布
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第二单元 溶液的酸碱性
一、水的电离及溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系
1.水的电离
水是一种极弱的电解质,能微弱地发生电离,其电离方程式为H2O+H2OH3O++OH-;可简写为H2OH++OH-,经实验测定无论纯水中,还是稀的电解质溶液中c(H+)·c(OH-)在一定温度下都是一个常数,称为水的离子积常数,用Kw表示。由于水的电离是吸热反应,故温度越高电离程度越大,Kw也越大,温度越低电离程度越小,Kw也越小。其中常温下:
Kw=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14。
2.溶液的酸碱性与c(H+)、c(OH-)的关系
(1)c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性,c(H+)越大,酸性越强。常温下,c(H+)>1.0×10-7mol·L-1>c(OH-)。
(2)c(H+)=c(OH-),溶液呈中性。常温下,c(H+)=c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1。
(3)c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性,c(OH-)越大,碱性越强。常温下,c(OH-)>1.0×10-7mol·L-1>c(H+)。
10
(1)温度越高,水越易电离,c(H+)·c(OH-)的值越大。
(2)溶液的酸碱性只取决于c(H+)和c(OH-)的相对大小。
例1 下列溶液一定呈中性的是( )
A.pH=7的溶液
B.c(H+)=c(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 根据c(OH-)与c(H+)大小判断溶液酸碱性,不受任何限制;由c(H+)与10-7mol·L-1、pH与7大小推断溶液的酸碱性,只适用在常温下。pH=7的溶液未明确为常温,不一定为中性,A错误;等物质的量的强酸与强碱所含的n(H+)和n(OH-)不一定相等,如硫酸与烧碱,无法判断混合后溶液的酸碱性,C错误;非电解质本身虽不能直接电离产生离子,但与水反应生成能电离的物质也能使溶液显酸性或碱性,如SO2溶于水生成H2SO3,溶液呈酸性,如NH3溶于水生成NH3·H2O,溶液呈碱性,D错误。
例2 (2018·宁波诺丁汉大学附中期中)下列溶液肯定呈酸性的是( )
A.含H+的溶液
B.加酚酞显无色的溶液
C.pH<7的溶液
D.c(OH-)<c(H+)的溶液
答案 D
解析 酸、碱、盐溶液中同时存在氢离子和氢氧根离子,故A错误;酚酞遇酸性和中性溶液都不变色,遇碱性溶液变红,故B错误;溶液的酸碱性是由氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小决定的,故C错误;如果氢离子浓度大于氢氧根离子浓度,该溶液一定呈酸性,故D正确。
二、溶液的pH及其与溶液酸碱性的关系
1.溶液的pH
(1)定义:pH是c(H+)的负对数,其表达式是pH=-lg_c(H+)。
(2)意义:pH的大小能反映出溶液中c(H+)的大小,即能表示溶液酸碱性的强弱。
在25 ℃时,pH>7,表示溶液呈碱性,pH越大,溶液的碱性越强;pH=7,溶液呈中性;pH<7,表示溶液呈酸性,pH越小,溶液酸性越强。
(3)适用范围:pH的取值范围为0~14,即只适用于c(H+)≤1 mol·L-1或c(OH-)≤1 mol·L-1的电解质溶液,当c(H+)或c(OH-)≥1 mol·L-1时,直接用c(H+)或c(OH-)
10
表示溶液的酸碱性。
2.测定溶液酸、碱性的方法
(1)pH试纸法
常用的pH试纸有广范pH试纸和精密pH试纸。前者可以精确到1,后者可以精确到0.1,其测定方法:把小片试纸放在洁净的表面皿或玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸上,试纸变色后,与标准比色卡对比,即可确定溶液的pH。
(2)pH计测量法:pH计的精确度较高,可以精确到0.01,测量时可以从仪器上直接读出溶液的pH。
注意 对于HClO、HNO3等具有强氧化性的酸,测定pH只能用pH计而不能用pH试纸,因为会因强氧化性而使试纸褪色。
常温下(25 ℃)
例3 下列有关溶液的酸碱性与pH的说法错误的是( )
A.溶液pH越小,酸性越强,反之,碱性越强
B.pH<7的溶液,可能呈酸性
C.当溶液中的c(H+)或c(OH-)较小时,用pH表示其酸碱性更为方便
D.把pH试纸直接插入待测溶液中,测其pH
答案 D
解析 因pH=-lg c(H+),所以pH越小,c(H+)越大,酸性越强,pH越大,c(OH-)越大,碱性越强,A项正确;在室温下,pH<7的溶液呈酸性,B项正确;当c(H+)或c(OH-)小于1 mol·L-1时,使用pH表示其酸碱性更为方便,故C项正确;用pH试纸测溶液pH时,不能把pH试纸直接插入待测溶液中,正确的做法为取一小片pH试纸,放在洁净的表面皿或玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测液点于试纸中央,然后与标准比色卡对照读取数据,D项错误。
三、pH的简单计算
(1)强酸、强碱溶液的pH计算方法
先求出强酸、强碱溶液中的c(H+),强酸直接由酸的浓度求出,强碱先由碱的浓度求出c(OH-),再根据水的离子积换算出c(H+),然后用公式pH=-lg_c(H+)求出pH。
(2)酸、碱溶液混合后pH计算方法
①强酸与强酸混合
10
c(H+)混=,然后再求pH。
②强碱与强碱混合
先计算:c(OH-)混=
再求c(H+)混=,最后求pH。
③强酸与强碱混合
a.恰好完全反应,溶液呈中性,pH=7(常温下)。
b.酸过量:
先求c(H+)余=,再求pH。
c.碱过量:
先求c(OH-)余=,
再求c(H+)=,然后求pH。
pH的计算原则
例4 在常温下,将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH最接近于( )
A.8.3 B.8.7
C.9 D.9.7
答案 D
解析 稀溶液混合体积近似等于两种溶液体积之和。强碱溶液混合,应按c(OH-)计算:
c(OH-)混=(1×10-6 mol·L-1+1×10-4 mol·L-1)/2=5.05×10-5 mol·L-1,c(H+)混=Kw/c(OH-)混≈2×10-10 mol·L-1,pH≈9.7。
例5 常温下,pH=13的强碱溶液与pH=2的强酸溶液混合,所得混合液的pH=11,则强碱溶液与强酸溶液的体积比是( )
A.11∶1 B.9∶1
C.1∶11 D.1∶9
答案 D
解析 可设碱溶液与酸溶液的体积分别为V碱和V酸,由题意可知,混合后碱过量,可列等式:
10
=10-(14-11),解之可得V碱∶V酸=1∶9。
1.下列溶液一定显酸性的是( )
A.溶液中c(OH-)>c(H+)
B.滴加紫色石蕊溶液后变红色的溶液
C.溶液中c(H+)=1×10-6 mol·L-1
D.pH<7的溶液
答案 B
解析 判断溶液酸碱性的关键是看c(H+)和c(OH-)的相对大小,若c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性;而pH<7或c(H+)>1×10-7 mol·L-1显酸性,仅适用于常温时,若温度不确定,就不能用来判断溶液的酸碱性;而B项中可使紫色石蕊溶液变红,则该溶液显酸性。
2.下列说法正确的是( )
A.pH=7的溶液一定显中性
B.pH=6的溶液一定显酸性
C.c(H+)<c(OH-)的溶液一定显碱性
D.c(OH-)=10-6的溶液一定显酸性
答案 C
解析 根据c(OH-)与c(H+)大小判断溶液酸碱性,不受任何限制;由c(H+)与10-7mol·L-1、pH与7大小推断溶液的酸碱性,只适用在常温下, 只有C正确。
3.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,在室温下,其c(H+)·c(OH-)=1×10-14
B.c(H+)等于1×10-7 mol·L-1的溶液一定是中性溶液
C.0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液的pH=1
D.任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱
答案 A
解析 Kw=c(H+)·c(OH-) ,且Kw只与温度有关,所以,在常温下,纯水、酸性、碱性或中性稀溶液中均有Kw=1×10-14;在温度不确定时,中性溶液中的c(H+)不一定等于1×
10
10-7mol·L-1;CH3COOH是弱酸,部分发生电离,则c(H+)<0.1 mol·L-1,pH>1;当c(H+)或c(OH-)大于1 mol·L-1时,用pH表示溶液的酸碱性就不方便了,而是直接用c(H+)或c(OH-)
来表示。
4.常温下,下列溶液等体积混合后,所得溶液的pH一定大于7的是( )
A.0.1 mol·L-1的盐酸和0.1 mol·L-1的氢氧化钠溶液
B.0.1 mol·L-1的盐酸和0.05 mol·L-1的氢氧化钡溶液
C.pH=4的醋酸溶液和pH=10的氢氧化钠溶液
D.pH=4的盐酸和pH=10的氨水
答案 D
解析 本题考查了酸碱反应后溶液pH的计算及判断。HCl为一元强酸,NaOH为一元强碱,Ba(OH)2为二元强碱,故等体积等物质的量浓度的HCl与NaOH恰好中和,pH=7,与Ba(OH)2反应时,c(H+)=c(OH-)=2c[Ba(OH)2],pH=7,故A、B错误;pH=4的醋酸溶液中电离出的c(H+)=1×10-4 mol·L-1,pH=10的NaOH溶液电离出的c(OH-)=1×10-4 mol·L-1,因此仅CH3COOH电离出的H+恰好与NaOH中和,还有大量的CH3COOH分子未电离,故pH<7,同理,D项中氨水过量较多,溶液显碱性,pH>7,故C错误、D正确。
5.根据强、弱电解质概念的不同,完成下列填空:
(1)体积相同、浓度均为0.2 mol·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、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______________。
(3)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<n (2)m<n (3)m>n
解析 (1)加水稀释10倍后,两者的浓度仍相同。但醋酸是弱电解质,盐酸是强电解质,盐酸中c(H+)大于醋酸中c(H+),故m<n。
(2)原盐酸和醋酸溶液中n(H+)相同,加水稀释促进醋酸电离,导致醋酸中n(H+)增大,盐酸中n(H+)不变,要使稀释后两种溶液的pH相同,则两溶液加水稀释倍数关系为m<n。
(3)原氨水和NaOH溶液中n(OH-)相同,加水稀释促进NH3·H2O电离,导致氨水中n(OH-)增大,NaOH溶液中n(OH-)不变,要使稀释后两种溶液的pH相同,则两溶液加水稀释倍数关系为m>n。
10
[对点训练]
题组一 水的离子积
1.下列说法正确的是( )
A.水的电离方程式:H2O===H++OH-
B.pH=7的溶液一定是中性溶液
C.升高温度,水的电离程度增大
D.将稀醋酸加水稀释时,c(H+)减小,c(OH-)也减小
答案 C
解析 H2O是弱电解质,不能完全电离;温度不一定是常温,pH=7的溶液不一定是中性溶液;将稀醋酸加水稀释,c(H+)减小,但c(OH-)增大。
10
2.关于水的离子积常数,下列说法不正确的是( )
A.蒸馏水中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
B.纯水中,25 ℃时,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
C.25 ℃时,任何以水为溶剂的稀溶液中,c(H+)·c(OH-)=1×10-14
D.Kw值随温度升高而增大
答案 A
3.常温下,0.1 mol·L-1的NaOH溶液中由水电离出的OH-的物质的量浓度为( )
A.0.1 mol·L-1 B.1.0×10-13 mol·L-1
C.1.0×10-7 mol·L-1 D.无法确定
答案 B
题组二 溶液的酸碱性及测定
4.下列溶液一定呈酸性的是( )
A.pH=6.8的溶液
B.常温下,由水电离出的c(OH-)=1×10-13 mol·L-1
C.加入酚酞,不显红色的溶液
D.常温下,溶液中的H+浓度为5×10-7 mol·L-1
答案 D
5.(2018·曙光中学高一段考)某学习小组研究某酸性工业废水样品,以下实验操作或分析结论中,正确的是( )
A.用玻璃棒蘸取废水样品,沾在用蒸馏水润湿的pH试纸上测定其pH
B.将无色酚酞溶液滴入废水样品中验验证其酸性
C.该工业废水中c(H+)>c(OH-)
D.测得废水样品的pH=4,说明该废水样品中c(H+)=4.0 mol·L-1
答案 C
解析 用pH试纸测溶液的酸碱性,pH试纸不能用水润湿,A错误;无色酚酞遇酸不变色,B错误;pH=4,则c(H+)=10-4 mol·L-1,D错误。
6.下列说法正确的是( )
A.强酸的水溶液中不存在OH-
B.pH=0的溶液是酸性最强的溶液
C.在温度不变时,水溶液中c(H+)和c(OH-)不能同时增大
D.某温度下,纯水中c(H+)=2×10-7 mol·L-1,其呈酸性
答案 C
解析 在酸性或碱性水溶液中均存在H+和OH-,所以A错;pH=0的溶液中c(H+)=1.0 mol·L-1,并不是酸性最强的溶液,只是c(H+)>1.0 mol·L-1
10
的溶液用pH表示酸性强弱不再方便,所以B错;在温度一定时,c(H+)·c(OH-)=Kw是一个定值,故二者不能同时增大,所以C对;纯水中,c(H+)=c(OH-),呈中性,所以D错误。
题组三 pH的简单计算
7.10 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液与10 mL 0.15 mol·L-1 H2SO4溶液混合(混合前后溶液体积变化忽略不计),所得溶液的pH为( )
A.1 B.13 C.3 D.11
答案 A
解析 先分别根据n=cV计算出两溶液中氢离子、氢氧根离子浓度,显然氢离子过量,然后计算出混合液中氢离子浓度,最后根据pH=-lgc(H+)计算出混合液的pH。
8.科学家曾提议用酸度(AG)来表示溶液酸碱性,酸度的计算公式是AG=lg,下列叙述正确的是( )
A.中性溶液的AG=1
B.酸性溶液的AG<0
C.常温下0.1 mol·L-1NaOH溶液的AG=12
D.常温下0.1 mol·L-1盐酸溶液的AG=12
答案 D
解析 中性溶液中=1,AG=0,A错误;酸性溶液中,>1,AG>0,B错误;0.1 mol·L-1NaOH溶液中,=10-12,AG=-12,C错误;0.1 mol·L-1盐酸溶液中,=1012,AG=12,D正确。
[综合强化]
9.现有下列物质①100 ℃纯水;②25 ℃ 0.1 mol·L-1 HCl溶液;③25 ℃ 0.1 mol·L-1 KOH溶液;④25 ℃ 0.1 mol·L-1Ba(OH)2溶液。
(1)这些物质与25 ℃纯水相比,能促进水电离的是________(填序号),能抑制水的电离的是________,水电离出的c(OH-)等于溶液中c(OH-)的是________,水电离出的c(H+)等于溶液中c(H+)的是________。
(2)从②和③溶液中水的电离度相等,进而可推出结论:同一温度下,________时,水的电离度相等。
答案 (1)① ②③④ ①② ①③④
(2)酸溶液中的c(H+)等于碱溶液中的c(OH-)
10
10.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
1×10-14
a
1×10-12
试回答下列问题:
(1)若25”“<”或“=”)1×10-14,作出此判断的理由是
________________________________________________________________________。
(2)在t1时,测得纯水中的c(H+)=2.4×10-7 mol·L-1,则c(OH-)为________。该温度下,测得某H2SO4溶液中c(SO)=5×10-6 mol·L-1,该溶液中c(OH-)=________mol·L-1。
答案 (1)> 温度升高,水的电离程度增大,离子积增大 (2)2.4×10-7 mol·L-1 5.76×10-9
解析 (1)水是弱电解质,存在电离平衡,电离时吸热。所以温度升高,水的电离程度增大,离子积增大。
(2)依据纯水中存在电离平衡,水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等,某温度下纯水中的c(H+)=2.4×10-7 mol·L-1,则此时溶液中的c(OH-)=2.4×10-7 mol·L-1,Kw=c(H+)
·c(OH-)=2.4×10-7×2.4×10-7=5.76×10-14,该温度下,某H2SO4溶液中c(SO)=5×
10-6 mol·L-1,则溶液中氢离子浓度c(H+)=2c(SO)=1×10-5 mol·L-1,c(OH-)=5.76×
10-14÷10-5 mol·L-1=5.76×10-9 mol·L-1。
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