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- 2021-08-23 发布
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第24讲 水的电离和溶液的酸碱性
考纲要求
名师点拨
1.了解水的电离、离子积常数(KW)。
2.了解溶液pH的含义及其测定方法,能进行pH的简单计算。
本讲内容是历年高考的重点、热点与必考点,常以选择题和非选择题的形式呈现。复习本讲时要注意:一是影响水电离平衡的因素KW的应用;二是溶液的酸碱性的判断及pH的计算;三是离子共存问题;四是酸碱中和滴定的原理及仪器的了解。从近几年高考来看,由酸、碱电离出的c(H+)、c(OH-)与水电离出的c(H+)、c(OH-)的比值求算;酸、碱中和时,pH的变化、导电性的变化仍将是2020年高考命题的热点。
考点一 水的电离
1.水的电离
水是极弱的电解质,其电离方程式为
H2O+H2OH3O++OH-,
通常可简写为 H2OH++OH-
— “难”——
2.水的离子积常数
(1)表达式:__KW=c(H+)·c(OH)-__。
(2)室温下:KW=__1×10-14__。纯水中c(H+)=c(OH-)=__10-7_mol·L-1__(pH=7)
(3)影响因素:只与温度有关,升高温度,KW__增大__。
(4)适用范围:KW不仅适用于纯水,,也适用于稀的__电解质__水溶液。
(5)意义: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。
3.水的电离平衡移动的影响因素
(1)温度:温度升高促进水电离,KW__变大__,水的电离平衡__右移__。
(2)加入酸或碱,可__抑制__水的电离(相当于“同离子效应”)。如在水中加入盐酸、氢氧化钠等,可使水的电离程度__变小__,但不影响KW的大小。
(3)加入可水解的盐(含弱酸阴离子或弱碱阳离子的盐),可__促进__水的电离(相当于“离子反应效应”)。如在水中加入醋酸钠、氯化铵、碳酸钠等,可使水的电离程度__变大__,但不影响KW的大小。
(4)加入强酸的酸式盐(如NaHSO4),相当于加入酸,__抑制__水的电离;加入弱酸的酸式盐,对水的电离是促进还是抵制,则要看弱酸酸式酸根离子的水解程度大还是电离程度大。
特别提醒:
(1)水的离子积常数KW=c(H+)·c(OH-),不仅适用于纯水,也适用于一切酸、碱、盐的稀溶液。
(2)水的离子积常数说明在任何水溶液中均存在水的电离平衡,都有H+和OH-存在。
(3)在不同溶液中,c(H+)、c(OH-)可能不同,但任何溶液中由水电离产生的c(H+)、c(OH-)总是相等的。在KW的表达式中,c(H+)、c(OH-)均表示整个溶液中H+、OH-总的物质的量浓度而不是单指由水电离出的c(H+)、c(OH-)。
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)水的离子积即水的电离平衡常数( × )
(2)在表达式KW=c(H+)·c(OH-)中c(H+)、c(OH-)一定是水电离出的( × )
(3)水的电离平衡移动符合勒夏特列原理( √ )
(4)升高温度,水电离平衡右移,H+浓度增大,呈酸性( × )
(5)25 ℃时,加水稀释醋酸溶液,c(H+)、c(OH-)都减小,KW减小( × )
(6)在蒸馏水中滴加浓H2SO4,KW不变( × )
(7)25 ℃与60 ℃时,水的pH相等( × )
(8)25 ℃时NH4Cl溶液的KW小于100 ℃时NaCl溶液的KW( √ )
(9)纯水中c(H+)随着温度的升高而降低( × )
(10)由水电离的c(H+)=1×10-14 mol·L-1的溶液中:Ca2+、K+、Cl-、HCO
能大量共存( × )
(11)KW=c(H+)·c(OH-)中,H+和OH-均是由水电离产生的( × )
(12)向水中加入少量硫酸氢钠固体,促进了水的电离,c(H+)增大,KW不变( × )
(13)水的离子积常数的数值大小与温度和稀水溶液的浓度有关( × )
(14)温度一定时,水的电离常数与水的离子积数相等( × )
(15)纯水中c(H+)>10-7 mol·L-1,该溶液呈酸性( × )
2.某温度下纯水的c(H+)=2×10-7mol·L-1,则此时c(OH-)为__2×10-7_mol·L-1__;若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4 mol·L-1,则溶液中c(OH-)为__8×10-11_mol·L-1__,由水电离产生的c(H+)为__8×10-11_mol·L-1__,此时温度__高于__(填“高于”“低于”或“等于”)25 ℃。
3.问题思考:
甲方同学认为,在水中加入H2SO4,水的电离平衡向左移动,原因是加入H2SO4后c(H+)增大,平衡左移。乙同学认为,加入H2SO4后,水的电离平衡向右移动,原因为加入H2SO4后,c(H+)浓度增大,H+与OH-中和,平衡右移。你认为哪种说法正确?并说明原因。加入酸、碱、盐使水的电离平衡移动后,溶液中c(H+)·c(OH-)的值是否发生变化?
提示:甲正确。温度不变,KW是常数,加入H2SO4后c(H+)增大,c(H+)·c(OH-)>KW,平衡左移。加入酸、碱、盐使水的电离平衡移动后,溶液中c(H+)·c(OH-)不变,因为KW仅与温度有关,温度不变,则KW不变。
1.(2019·山东滨州检测) 中国在国际上首次拍摄到水分子内部结构照片,如图,下列关于水的叙述不正确的是( B )
A.水的电离是吸热过程
B.相同条件下海水的KW比纯水的KW大
C.温度相同,由1H2O和2H2O构成的水的pH相同
D.不同温度下,液态纯水的KW改变,但仍然呈中性
2.(2019·山东实验中学检测) 如图表示水中c(H+)和c(OH-)的关系,下列判断正确的是( C )
A.各点的温度高低顺序:Z>Y>X
B.M区域内任意点都是碱溶于水所得的溶液
C.常温下,向纯水中加入少量金属Na,可使X点溶液变为Y点
D.XZ线上的任意点一定表示的是纯水
[解析] A项,由图可知,两条曲线是反比例曲线,曲线上的横纵坐标c(H+)·c(OH-)为一定值,所以X和Y点的温度相同,错误;B项,由图看出M区域内c(H+)c(H+),可使X点溶液变为Y点,正确;D项,pH=-lgc(H+),XZ线上任意点的c(H+)=c(OH-),且从X到Z,H+和OH-在同等程度升高,所以此时肯定是中性溶液,但不一定是纯水,也可能是NaCl等强酸强碱盐的中性溶液,错误。
3.(2019·新题预选)下列有关水电离情况的说法正确的是( D )
A.若100 ℃时KW=10-12,此温度下pH=7的溶液一定呈中性
B.NH4Cl、CH3COONa、NaHCO3、NaHSO4溶于水,对水的电离都有促进作用
C.25 ℃时,pH=12的烧碱溶液与纯碱溶液,水的电离程度相同
D.如图为水的电离平衡曲线,若从A点到C点,可采用升高温度的方法
[解析] 100 ℃时,KW=c(H+)·c(OH-)=10-12,中性溶液中c(H+)=c(OH-)= mol·L-1=10-6 mol·L-1,即pH=6,此温度下pH=7的溶液呈碱性,A项错误;NH4Cl、CH3COONa、NaHCO3促进水的电离,NaHSO4抑制水的电离,B项错误;烧碱是NaOH,抑制水的电离,纯碱是Na2CO3,促进水的电离,C项错误;图中A点到C点,c(H+)与c(OH-)同等程度增大,可通过升高温度达到目的,D项正确。
[易错警示] (1)任何情况下水电离产生的c(H+)和c(OH-)总是相等的。升高温度,水的电离程度增大,c(H+)增大,pH减小,但仍呈中性。
(2)KW适用于任何酸、碱、盐的稀溶液。即KW=c(H+)·c(OH-)中的c(H+)、c(OH-)分别是溶液中H+、OH-的总浓度,不一定是水电离出的c(H+)和c(OH-)。
(3)水中加酸或碱对水的电离均为抑制作用,因此,室温下,若由水电离出的c(H+)<1×10-7 mol·L-1,该溶液可能显酸性,也可能显碱性。
萃取精华:
(1)水的离子积的影响因素
①水的离子积常数只与温度有关。
②水的电离过程是吸热的,温度升高,KW增大。
③溶液稀释,外加酸、碱或能水解的盐都能引起水电离平衡的移动,但KW不变。
(2)水电离平衡移动的判断
①促进水的电离
②抑制水的电离
4.(2012·课标,11)
已知温度T时水的离子积常数为KW,该温度下,将浓度为a mol·L-1的一元酸HA与b mol·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( C )
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] 本题考查溶液酸碱性的判断、水的离子积常数的应用及离子浓度的关系等知识点。溶液呈中性的本质原因是c(H+)=c(OH-),若a=b,两溶液虽然恰好中和,但由于酸和碱的强弱程度未知,故生成的盐能否水解无法判断,溶液不一定呈中性,故A项错误;常温下混合溶液的pH=7,溶液呈中性,故B项溶液不一定呈中性,错误;c(H+)= mol·L-1,说明在温度T时,反应后的混合溶液中水的电离既未受到抑制,也未受到促进,即c(H+)=c(OH-),故溶液呈中性,C项正确;D项是根据电荷守恒列出的等式,由于a、b的值不一定相等,故c(H+)与c(OH-)不一定相等,D项错误。
[点拨] pH=7的溶液不一定是中性溶液,中性溶液中一定存在c(H+)===c(OH-)。
5.(2015·广东,11)一定温度下,水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图所示,下列说法正确的是( C )
A.升高温度,可能引起由c向b的变化
B.该温度下,水的离子积常数为1.0×10-13
C.该温度下,加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D.该温度下,稀释溶液可能引起由c向d的变化
[解析] 弱电解质的电离平衡。C项,该温度下,加入FeCl3后,Fe3+发生水解使H+浓度增大,且温度不变,Kw不变,则b可以沿着曲线向a变化,故C项正确;A项,升高温度,Kw变大,而b和c处的Kw相同,则升高温度,不能引起由c向b的转化,故A项错误;B项,该温度下,水的离子积常数为Kw=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-14,故B项错误;D项,稀释溶液不能改变Kw的大小,c点应该在曲线上移动,故D项错误。综上所述,本题正确答案为C。
萃取精华:
1.外界条件对水的电离平衡的影响
H2OH++OH- ΔH>0
改变的
条件
平衡
移动方向
c(H+)
变化
c(OH-)
变化
KW
变化
c(H+)与c(OH-)大小关系
溶液
性质
升高温度
正向
增大
增大
增大
c(H+)=c(OH-)
中性
降低温度
逆向
减小
减小
减小
c(H+)=c(OH-)
中性
加入酸
逆向
增大
减小
不变
c(H+)>c(OH-)
酸性
加入碱
逆向
减小
增大
不变
c(H+)c(OH-)
酸性
加入NaCl
不变
不变
不变
不变
c(H+)=c(OH-)
中性
加入NaHCO3
正向
减小
增大
不变
c(H+)c(OH-)
酸性
2.利用水的电离平衡的方法技巧
(1)常温下,中性溶液中c(OH-)=c(H+)=10-7 mol·L-1。
(2)溶质为酸的溶液,OH-全部来自水的电离[c(OH-)=],水电离产生的c水(H+)=c(OH-)。
(3)溶质为碱的溶液,H+全部来自水的电离[c(H+)=10-pH],水电离产生的c水(OH-)=c(H+)。
(4)水解呈酸性或碱性的盐溶液中:
①常温下pH=5的NH4Cl溶液中H+全部来自水的电离,由水电离出的c(H+)=10-5 mol·L-1,溶液中c(OH-)=10-9 mol·L-1,是因为部分OH-与NH结合;
②常温下pH=12的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离的c(OH-)=10-2 mol·L-1。
以上规律可简记为“酸碱取小,盐取大”,即在任一溶液中,可根据pH分别求出溶液中H+和OH-的浓度,若为酸溶液或碱溶液,则水电离出的H+(或OH-)等于二者中较小的数值,若为盐溶液,则为二者中较大的数值。
6.(2019·双鸭山模拟)在25 ℃时,某稀溶液中由水电离产生的H+浓度为1×10-13mol·L-1,下列有关该溶液的叙述,正确的是( A )
A.该溶液可能呈酸性 B.该溶液一定呈碱性
C.该溶液的pH一定是1 D.该溶液的pH不可能为13
[解析] 在25 ℃时,某稀溶液中由水电离产生的c(H+)为1×10-13 mol·L-1<1×10-7 mol·L-1,说明溶液中的溶质抑制水的电离,溶质为酸或碱,溶液可能呈酸性或碱性,A正确,B错误;如果该溶液呈酸性,则溶液的pH=1,如果该溶液呈碱性,则溶液的pH=13,C、D错误。
7.(2019·韶关模拟)已知NaHSO4在水中的电离方程式为NaHSO4===Na++H++SO。某温度下,向c(H+)=1×10-6 mol·L-1的蒸馏水中加入NaHSO4晶体,保持温度不变,测得溶液的c(H+)=1×10-2mol·L-1。下列对该溶液的叙述不正确的是( D )
A,该温度高于25 ℃
B.由水电离出来的H+的浓度为1×10-10 mol·L-1
C.加入NaHSO4晶体抑制水的电离
D.取该溶液加水稀释100倍,溶液中的c(OH-)减小
[解析] 该温度下蒸馏水中c(H+)=1×10-6 mol·L-1,大于25 ℃时纯水中c(H+)
,该温度高于25 ℃,A正确;此温度下KW=1×10-12,该NaHSO4溶液中c(OH-)==1×10-10mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中的c(OH-)相等,为1×10-10 mol·L-1,B正确;加入NaHSO4后,NaHSO4电离出的H+抑制了水的电离,C正确;加水稀释时,c(H+)减小,而KW不变,c(OH-)增大,D错误。
萃取精华:
溶液中H+或OH-的来源
(1)溶质为酸的溶液
溶液中的OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)=c(OH-)。如常温下pH=2的盐酸中,溶液中的c(OH-)=(KW/10-2)mol·L-1=10-12mol·L-1,即由水电离出的c(H+)=c(OH-)=10-12 mol·L-1。
(2)溶质为碱的溶液
溶液中的H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。如pH=12的NaOH溶液中,溶液中的c(H+)=10-12 mol·L-1,即由水电离出的c(OH-)=c(H+)=10-12 mol·L-1。
(3)常温下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+)=10-5 mol·L-1,因为部分OH-与部分NH结合,溶液中c(OH-)=10-9 mol·L-1。
②pH=12的Na2CO3溶液中,OH-全部来自水的电离,由水电离出的c(OH-)=10-2 mol·L-1。
考点二 溶液的酸碱性与pH
1.溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中 c(H+) 和__c(OH)-__的相对大小。
将“>”“=”或“<”填在下表空格中:
溶液
c(H+)、c(OH-)
大小比较
室温/25 ℃
数值
pH
中性
溶液
c(H+)__=__
c(OH-)
c(H+)=c(OH-)=
1×10-7 mol·L-1
__=__7
酸性
溶液
c(H+)__>__
c(OH-)
c(H+)__>__
1×10-7 mol·L-1
__<__7
碱性
溶液
c(H+)__<__
c(OH-)
c(H+)__<__
1×10-7 mol·L-1
__>__7
2.溶液的pH:
(1)定义式:pH=__-lgc(H+)__。
(2)范围: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-)表示溶液的酸碱性。
(3)测量:
①pH试纸法:把小片试纸放在__玻璃片__或__表面皿__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。
②pH计测量法。
(4)溶液的酸碱性与pH的关系:
室温下:
特别提醒:
pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则待测液因被稀释可能会产生误差。广泛pH试纸只能测出整数值(不精确)。
3.常用酸碱指示剂及其变色范围
指示剂
变色范围(pH)
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
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)室温下,pH=3的CH3COOH溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液pH>7( × )
(2)25 ℃时,等体积、等浓度的硝酸与氨水混合后,溶液pH=7( × )
(3)常温下pH为2的盐酸与等体积pH=12的氨水混合后所得溶液呈酸性( × )
(4)常温下pH为2的盐酸中由H2O电离出的c(H+)=1.0×10-12 mol·L-1( √ )
(5)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( √ )
(6)某溶液的c(H+)>10-7mol·L-1,则该溶液呈酸性( × )
(7)常温常压时,pH=11的NaOH溶液与pH=3的醋酸溶液等体积混合后,滴入石蕊溶液呈红色( √ )
(8)常温下用pH试纸测得0.05 mol·L-1的稀硫酸的pH等于1.3( × )
(9)常温下,某溶液能使甲基橙呈黄色,该溶液一定显碱性( × )
(10)同浓度、同体积的强酸与强碱溶液混合后,溶液的pH=7( × )
(11)用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH,一定会使结果偏低( × )
(12)把pH=2与pH=12的酸、碱溶液等体积混合后,所得溶液的pH为7( × )
(13)溶液中c(H+)>10-7 mol·L-1,该溶液呈酸性( × )
(14)用pH试纸测得某溶液的pH=3.4( × )
(15)用湿润的pH试纸测溶液的pH,一定影响测量结果( × )
(16)常温下,将pH=3的酸和pH=11的碱等体积混合,所得溶液的pH=7( × )
2.用“酸性”“碱性”“中性”或“不确定”填空
(1)pH<7的溶液__不确定__。
(2)pH=7的溶液__不确定__。
(3)c(H+)=c(OH-)的溶液__中性__。
(4)c(H+)=1×10-7 mol·L-1的溶液__不确定__。
(5)c(H+)>c(OH-)的溶液__酸性__。
(6)0.1 mol·L-1的NH4Cl溶液__酸性__。
(7)0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液__碱性__。
(8)0.1 mol·L-1的NaHSO3溶液__酸性__。
3.(1)pH=7的溶液一定是中性溶液吗?
提示:不一定。温度不同,水的离子积不同。如100 ℃时,PH=6的溶液为中性溶液,pH=7的溶液为碱性溶液。
(2)用pH试纸测pH时应注意什么问题?记录数据时又要注意什么?是否可用pH试纸测定氯水的pH?
提示:pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则待测液因被稀释可能产生误差;用pH试纸测pH读出的是整数;不能用pH试纸测氯水的pH。
(3)若已知某溶液中c(H+)>c(OH-),该溶液是否一定为酸性?
提示:只要c(H+)>c(OH-),溶液一定呈酸性。
1.判断下列溶液在常温下的酸、碱性(在括号中填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(1)相同浓度的盐酸和NaOH溶液等体积混合。(中性)
(2)相同浓度的CH3COOH溶液和NaOH溶液等体积混合。(碱性)
(3)相同浓度的氨水和盐酸等体积混合。(酸性)
(4)pH=2的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合。(中性)
(5)pH=3的盐酸和pH=10的NaOH溶液等体积混合。(酸性)
(6)pH=3的盐酸和pH=12的NaOH溶液等体积混合。(碱性)
(7)pH=2的CH3COOH溶液和pH=12的NaOH溶液等体积混合。(酸性)
(8)pH=2的盐酸和pH=12的氨水等体积混合。(碱性)
2.(2019·廊坊模拟)室温时下列混合溶液的pH一定小于7的是( C )
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的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
D.pH=3的硫酸溶液和pH=11的氨水等体积混合
[解析] A项氨水过量,pH>7;B项pH=7;C项CH3COOH过量,pH<7;D项氨水过量,pH>7。
3.(2019·甘肃兰州一中模拟)已知温度T时水的离子积常数为KW,该温度下,将浓度为a mol·L-1一元酸HA的溶液与b mol·L-1一元碱BOH的溶液等体积混合,可判定该溶液呈中性的依据是( B )
①a=b
②混合溶液的pH=7
③混合溶液中c(OH-)=10-7 mol·L-1
④混合溶液中,c(H+)= mol·L-1
⑤混合溶液中,c(B+)=c(A-)
A.②③ B.④⑤
C.①④ D.②⑤
[解析] 因为酸、碱的强弱未知,不能依据a=b判断溶液呈中性,①错误;温度不能确定为25 ℃,因此溶液的pH=7和c(OH-)=10-7 mol·L-1都不能判断溶液呈中性,②③错误;KW=c(H+)·c(OH-),当c(H+)=c(OH-)= mol·L-1时,溶液一定呈中性,④正确;根据电荷守恒c(H+)+c(B+)=c(A-)+c(OH-),当c(B+)=c(A-)时,则c(H+)=c(OH-),溶液一定呈中性,⑤正确。
[易错警示] (1)溶液呈现酸、碱性的实质是c(H+)与c(OH-)不相等,不能只看pH,一定温度下pH=6的溶液可能显中性,也可能显酸性,应注意温度。
(2)使用pH试纸时不能用蒸馏水润湿。
(3)广泛pH试纸只能测出pH的整数值。pH计的精确度为0.01。
(4)25 ℃时,pH=12的溶液不一定是碱溶液,pH=2的溶液不一定是酸溶液;也可能是能水解的盐溶液。
萃取精华:
1.混合溶液酸碱性的判断规律
(1)等浓度等体积一元酸与一元碱混合的溶液。
中和反应
反应后所得溶液的酸碱性
强酸与强碱
中性
强酸与弱碱
酸性
弱酸与强碱
碱性
(2)室温下,已知酸和碱pH之和的溶液等体积混合。
①两强混合:
a.若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
b.若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
c.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。
pH之和等于14时,一元强酸和一元弱碱等体积混合呈碱性;一元弱酸和一元强碱等体积混合呈酸性。
2.溶液酸碱性判断时的易错提醒
(1)判断溶液酸碱性的依据是c(H+)与c(OH-)的相对大小,若c(H+)=c(OH-),则溶液呈中性。
(2)pH=7或c(H+)=10-7 mol·L-1的溶液不一定呈中性,因水的电离平衡与温度有关。常温时,pH=7呈中性;100 ℃时,pH=6呈中性。
(3)溶液中c(H+)越小,c(OH-)越大,溶液的酸性越弱,碱性越强;溶液中c(H+)越大,c(OH-)越小,溶液的酸性越强,碱性越弱。
4.(2019·河北衡水模拟)某温度下,水的离子积常数KW=10-12。该温度下,将pH=4的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混合并保持恒温,欲使混合溶液的pH=7,则盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为( B )
A.1∶10 B.9∶1
C.10∶1 D.99∶21
[解析] 某温度下,水的离子积常数KW=10-12,pH=4的盐酸中c(H+)=10-4 mol·L-1,该温度下,pH=9的Ba(OH)2溶液中c(OH-)=10-3 mol·L-1,混合溶液的pH=7,说明溶液中c(H+)=10-7 mol·L-1,此时c(OH-)=10-5 mol·L-1,溶液呈碱性,设盐酸的体积为
Va,Ba(OH)2溶液的体积为Vb,则有=10-5,Va∶Vb=9∶1。
5.(2019·九江模拟)常温下,将x mL pH=a的稀NaOH溶液与y mL pH=b的稀盐酸充分反应。下列关于反应后溶液pH的判断,正确的是( D )
A.若x=y,且a+b=14,则pH>7
B.若10x=y,且a+b=13,则pH=7
C.若ax=by,且a+b=13,则pH=7
D.若x=10y,且a+b=14,则pH>7
[解析] 当a+b=14时,说明NaOH与HCl物质的量浓度相同,若等体积混合,恰好完全反应,pH=7,A选项不正确。当a+b=13时,说明酸浓碱稀,且酸浓度是碱的10倍,若x∶y=1∶10,酸体积大,该溶液必呈酸性,pH<7,B错误。若a+b=13,且ax=by时,a>7,b<7则xb-n
b-n
无限稀释
pH趋向于7
考点三 酸碱中和滴定
1.实验原理
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)__的实验方法叫酸碱中和滴定。一元酸与一元碱滴定时,c待=。
2.酸碱中和滴定的关键
(1)准确测定__标准液__和待测液的体积。
(2)准确判断__滴定终点__。
3.实验用品
(1)仪器
图(A)是__酸式__滴定管,图(B)是__碱式__滴定管,滴定管夹、铁架台、锥定管夹__锥形瓶__
(2)试剂
标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。
(3)滴定管的使用
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
__酸式__滴定管
氧化性物质易腐蚀__橡胶管__
碱性
__碱式__滴定管
碱性物质易腐蚀__玻璃__,
致使__玻璃活塞__无法打开
(4)指示剂的选择。
①强酸强碱相互滴定,可选用__酚酞__或__甲基橙__作指示剂。
②若反应生成呈酸性的强酸弱碱盐溶液,则一般选用酸性变色范围的指示剂(甲基橙,变色范围是3.1~4.4);若反应生成呈碱性的强碱弱酸盐溶液,则一般选用碱性变色范围的指示剂(酚酞,变色范围是8.2~10.0)。
③酸碱中和滴定中一般不用石蕊作指示剂,因为其颜色变化不明显,且变色范围过宽(5.0~8.0)。
4.实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备。
①滴定管
—检查滴定管活塞是否__漏水__在确保不漏水后方可使用
↓
—用__蒸馏水__洗涤滴定管2~3次
↓
—用__待盛液__润洗滴定管2~3次
↓
—
↓
—
↓
—记录初始液面刻度
②锥形瓶:注碱液→记读数→加酚酞指示剂。
(2)滴定。
(3)滴定终点判断。
等到滴入最后一滴标准液,溶液由红色变为无色,且在半分钟内__不恢复__原来的颜色,视为滴定终点,并记录标准液的体积。
(4)操作步骤。
①仪器的洗涤:
滴定管(或移液管):自来水→蒸馏水→__所装溶液润洗__。
锥形瓶:自来水→蒸馏水(不用所装溶液洗涤)。
②装液调整液面:装液,使液面一般高于“__0__”刻度,驱除滴定管尖嘴处的气泡。
③读数:调整液面在“0”刻度或“0”刻度以下,读出初读数;滴定至终点,读出末读数,实际消耗标准液的体积为末读数-初读数。
5.数据处理
按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)=计算。
6.误差分析
(1)依据
c(待测)=,由于c(标准)和V(待测)已确定,所以只要分析出错误操作引起V(标准)的变化,即可得出答案。V(标准)变大,则c(待测)偏高,V(标准)变小,则c(待测)偏低。
(2)常见误差
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱溶液(酚酞作指示剂)为例,常见的不正确操作及可能引
起的后果有:
步骤
操作
V(标准)
c(待测)
洗涤
酸式滴定管未用标准溶液润洗
__变大__
__偏高__
碱式滴定管未用待测溶液润洗
变小
偏低
锥形瓶用待测溶液润洗
变大
偏高
锥形瓶洗净后还留有蒸馏水
__不变__
__无影响__
取液
放出碱液的滴定管开始时尖嘴处有气泡,放出液体后气泡消失
__变小__
偏低
滴定
酸式滴定管滴定前有气泡,滴定终点时气泡消失
变大
__偏高__
振荡锥形瓶时部分液体溅出
变小
偏低
部分酸液滴出锥形瓶外
变大
偏高
溶液颜色较浅时滴入酸液过快,停止滴定后仅加一滴NaOH溶液无变化
__变大__
偏高
读数
酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后俯视读数(或前仰后俯)
__变小__
__偏低__
酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后仰视读数(或前俯后仰)
__变大__
__偏高__
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)盛放待测液的锥形瓶一定要润洗,否则产生实验误差( × )
提示:锥形瓶不能润洗,否则导致所测待测液的浓度偏高。
(2)25 ℃时,用醋酸溶液滴定等浓度NaOH溶液到pH=7,V(醋酸)V(NaOH)。
(3)用碱式滴定管量取20.00 mL KMnO4溶液( × )
提示:KMnO4溶液具有强氧化性,会腐蚀橡胶管,所以不能用碱式滴定管量取。
(4)若用标准盐酸滴定待测NaOH溶液,滴定前仰视,滴定后俯视,则测定值偏大( × )
提示:滴定前仰视,滴定后俯视,会导致计算式c(NaOH)=中V(HCl)偏小,导致c(NaOH)偏小。
(5)pH计不能用于酸碱中和滴定终点的判断( × )
(6)滴定终点就是酸碱恰好中和的点( × )
(7)滴定管盛标准液时,其液面一定要调在0刻度( × )
(8)滴定管在加入反应液之前一定要用所要盛装的反应液润洗2~3遍( √ )
(9)滴定管和锥形瓶都应该用待装的溶液润洗2~3次( × )
(10)酸碱中和滴定实验要重复进行2~3次,求算标准溶液体积的平均值( √ )
(11)用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氨水时应选择酚酞作指示剂( × )
(12)用标准浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时,滴定时,部分酸液滴在锥形瓶外,所测结果偏高( √ )
(13)酸碱中和滴定实验中,用待滴定溶液润洗锥形瓶以减小实验误差( × )
(14)待测定NaOH溶液浓度,可选用滴定管、锥形瓶、烧杯、NaOH溶液、0.100 0 mol·L-1盐酸达到实验目的( × )
(15)“酸碱中和滴定”实验中,容量瓶和锥形瓶用蒸馏水洗净后即可使用,滴定管和移液管用蒸馏水洗净后,须经干燥或标准溶液润洗后方可使用( √ )
2.酸式滴定管应怎样查漏?
提示:向已洗净的滴定管中装入一定体积的水,固定在滴定管夹上直立静置两分钟,观察有无水滴滴下,然后将活塞旋转180°,再静置两分钟,观察有无水滴滴下,若均不漏水,滴定管即可使用。
3.精确量取一定体积的溴水、KMnO4溶液应用酸式滴定管,而量取Na2CO3溶液、稀氨水应选用碱式滴定管,请说明选择的理由。
提示:溴水、KMnO4溶液具有强氧化性,能腐蚀橡胶,所以选用酸式滴定管;Na2CO3溶液、稀氨水显碱性,能腐蚀玻璃活塞,所以选用碱式滴定管。
1.(2019·河北衡水检测)用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,参考如图所示仪器,从下表中选出正确选项( D )
选项
锥形瓶
中溶液
滴定管
中溶液
选用
指示剂
选用
滴定管
A
碱
酸
石蕊
乙
B
酸
碱
酚酞
甲
C
碱
酸
甲基橙
乙
D
酸
碱
酚酞
乙
[解析] A项,选用的指示剂和滴定管均错;B、C两项选用的滴定管错。
2.实验室现有3种酸碱指示剂,其pH变色范围如下
甲基橙:3.1~4.4 石蕊:5.0~8.0 酚酞:8.2~10.0
用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液,反应恰好完全时,下列叙述中正确的是( D )
A.溶液呈中性,可选用甲基本橙或酚酞作指示剂
B.溶液呈中性,只能选用石蕊作指示剂
C.溶液呈碱性,可选用甲基橙或酚酞作指示剂
D.溶液呈碱性,只能选用酚酞作指示剂
[解析] 题目以酸碱中和反应和盐类水解作为切入点。由于醋酸是弱酸,NaOH是强碱,当两者恰好完全反应生成醋酸钠,是强碱弱酸盐,水解显碱性,所以应选择在碱性条件下,就发生颜色变化的指示剂,故选酚酞,答案为D。
3.(2019·江南十校联考)用标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,下列各操作中会引起实验误差的是( D )
A.滴定前酸式滴定管需用标准盐酸润洗
B.用蒸馏水洗净锥形瓶后,立即装入一定体积的NaOH溶液后进行滴定
C.往盛有20.00 mL NaOH溶液的锥形瓶中,滴入几滴酚酞指示剂后进行滴定
D.用蒸馏水洗净锥形瓶后,再用NaOH溶液润洗,然后装入一定体积的NaOH溶液
[解析] 用蒸馏水洗净锥形瓶后,再用NaOH溶液润洗,然后装入一定体积的NaOH溶液,待测液的物质的量偏大,标准溶液盐酸的体积偏大,所测结果偏大。故选D。
4.(2019·山东菏泽一模)室温下,用0.1 mol·L-1 NaOH溶液分别滴定体积均为20 mL、浓度均为0.1 mol·L-1的HCl溶液和HX溶液,溶液的pH随加入NaOH溶液体积变化如图,下列说法不正确的是( C )
A.HX为弱酸
B.M点c(HX)-c(X-)>c(OH-)-c(H+)
C.将P点和N点的溶液混合,呈酸性
D.向N点的溶液中通入HCl至pH=7:c(Na+)>c(HX)=c(Cl-)>c(X-)
[解析] 0.1 mol·L-1 HCl溶液是强酸溶液,HCl完全电离,所以溶液的pH=1;而0.1 mol·L-1 HX溶液的pH>5说明HX是弱酸,A项正确;M点是等浓度的HX和NaX的混合溶液,溶液呈碱性,说明水解大于电离,所以M点c(HX)>c(X-),根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(X-),结合物料守恒2c(Na+)=c(HX)+c(X-)可知c(HX)-c(X-)=2c(OH-)-2c(H+),所以c(HX)-c(X-)>c(OH-)-c(H+),B项正确;N点为HX和NaOH等物质的量恰好完全反应生成强碱弱酸盐溶液,物质的量为0.002 mol,P点溶液中剩余HCl的物质的量是0.001 mol,所以将P点和N点的溶液混合后生成HX,同时还有一半的NaX剩余,溶液呈碱性,C项错误;向N点的溶液中通入HCl至pH=7,此时溶液中有HX、NaCl和NaX,其中HX的浓度大于NaX,根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(X-)+c(Cl-),结合物料守恒c(Na+)=c(HX)+c(X-)及溶液pH=7可知溶液中c(Na+)>c(HX)=c(Cl-)>c(X-),D项正确。
[归纳总结] 酸碱中和滴定曲线类试题以酸碱中和滴定过程为基础,考查滴定曲线的绘制,离子浓度大小比较,溶液中的守恒关系等,这类试题的难点在于整个滴定过程为一动态过程,在解题的过程中,可以化动为静,巧抓几点,采取极端假设的方法进行解题。
5.(2019·试题调研)实验室用标准盐酸溶液测定某NaOH溶液的浓度,用甲基橙作指示剂,下列操作中可能使测定结果偏低的是( C )
A.酸式滴定管在装酸液前未用标准盐酸溶液润洗2~3次
B.开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡,在滴定过程中气泡消失
C.锥形瓶内溶液颜色变化由黄色变橙色,立即记下滴定管液面所在刻度
D.盛NaOH溶液的锥形瓶滴定前用NaOH溶液润洗2~3次
[解析] A项,所用的盐酸的实际用量大于理论用量,故导致测定结果偏高;B项,这种操作会导致盐酸读数偏大,测出NaOH溶液浓度也偏高;C项,由黄色变为橙色可能由于局部c(H+)变大引起的,振荡后可能还会恢复黄色,应在振荡后半分钟内颜色保持不变才能认为已达到滴定终点,故所用盐酸的量比理论用量偏小,测出的NaOH溶液浓度偏低;D项,用NaOH溶液润洗,直接导致盐酸的用量偏大,故测定NaOH浓度偏高。
6.(2019·成都模拟)某学生用0.200 0 mol·L-1的标准NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸,其操作为如下几步:
①用蒸馏水洗涤碱式滴定管,并立即注入NaOH溶液至“0”刻度线以上
②固定好滴定管并使滴定管尖嘴充满液体
③调节液面至“0”或“0”刻度线以下某一刻度,并记下读数
④移取20.00 mL待测液注入洁净的锥形瓶中,并加入3滴酚酞溶液
⑤用标准液滴定至终点,记下滴定管液面读数
请回答:
(1)以上步骤有错误的是__①__(填编号),该错误操作会导致测定结果(填“偏大”“偏小”或“无影响”)__偏大__。
(2)判断滴定终点的现象是:锥形瓶中溶液从__无__色变为__粉红__色,且半分钟内不变色。
(3)如图是某次滴定时的滴定管中的液面,其读数为__22.60__mL。
(4)根据下列数据:请计算待测盐酸溶液的浓度为__0.200_0__mol·L-1。
滴定次数
待测液
体积(mL)
标准NaOH溶液读数记录(mL)
滴定前读数
滴定后读数
第一次
20.00
0.40
20.40
第二次
20.00
4.00
24.00
第三次
20.00
2.00
24.10
[解析] (1)①用蒸馏水洗涤碱式滴定管后,不能立即注入NaOH溶液,应先用NaOH溶液润洗;否则所用NaOH溶液的体积偏大,导致测定盐酸的浓度偏大。(2)酚酞试剂在酸性溶液中呈无色,当溶液呈弱碱性时,溶液呈粉红色。(4)取前两次所用NaOH溶液体积的平均值(第三次误差较大,舍去),然后代入公式进行计算:c(酸)===0.200 0 mol·L-1
7.(2019·宁夏银川模拟)现使用酸碱中和滴定法测定市售白醋的总酸量[g·(100 mL)-1]。
Ⅰ.实验步骤:
(1)用__酸式滴定管(或10_mL移液管)__(填仪器名称)量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中用水稀释后转移到100 mL__容量瓶__(填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。
(2)用酸式滴定管取待测白醋溶液20.00 mL于锥形瓶中,向其中滴加2滴__酚酞__溶液作指示剂。
(3)读取盛装0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液的碱式滴定管的初始读数,如果液面位置如图所示,则此时的读数为__0.60__mL。
(4)滴定。当__溶液由无色恰好变为红色,并在半分钟内不褪色__时,停止滴定,并记录NaOH溶液的终读数。再重复滴定3次。
Ⅱ.实验记录:
滴定实验数据(mL)
1
2
3
4
V(样品)
20.00
20.00
20.00
20.00
V(NaOH溶液)
15.95
15.00
15.05
14.95
Ⅲ.数据处理与讨论:
(1)按实验所得数据,可得c(市售白醋)=__0.75__mol·L-1;市售白醋总酸量=__4.50__g·(100 mL)-1。
(2)在本实验的滴定过程中,下列操作会使实验结果偏大的是__ab__(填写序号)。
a.碱式滴定管在滴定时未用标准NaOH溶液润洗
b.碱式滴定管的尖嘴在滴定前有气泡,滴定后气泡消失
c.锥形瓶中加入待测白醋溶液后,再加少量水
d.锥形瓶在滴定时剧烈摇动,有少量液体溅出
[解析] Ⅰ.(1)滴定管精确度为0.01 mL,醋酸具有酸性能腐蚀橡胶管,所以应选用酸式滴定管量取白醋;用酸式滴定管量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中用水稀释后转移到100 mL容量瓶中定容,摇匀即得待测白醋溶液。
(2)由于醋酸钠溶液显碱性,可用酚酞作指示剂,则用酸式滴定管取待测白醋溶液20.00 mL放于锥形瓶中,向其中滴加2滴酚酞溶液。
(3)滴定管液面的读数为0.60 mL。
(4)用NaOH标准溶液滴定白醋的终点为:溶液由无色恰好变为红色,并在半分钟内不褪色。
Ⅲ.(1)第1次滴定误差明显较大,属异常值,应舍去,另外3次消耗NaOH溶液的体积分别为:15.00 mL、15.05 mL、14.95 mL,则消耗NaOH溶液的平均体积为15.00 mL;
设10 mL市售白醋样品含有CH3COOH x g,则
CH3COOH ~ NaOH
60 40
x g×0.2 0.100 0 mol·L-1×0.015 L×40 g·mol-1
x=0.450
c(市售白醋)==0.75 mol·L-1,样品总酸量为 g·(100 mL)-1=4.50 g·(100 mL)-1。
(2)a.碱式滴定管在滴定时未用标准NaOH溶液润洗,标准液浓度降低,造成V(标准)偏大,根据c(待测)=分析,可知c(待测)偏大。
b.碱式滴定管的尖嘴在滴定前有气泡,滴定后气泡消失,造成V(标准)偏大,根据c(待测)=分析,可知c(待测)偏大;
c.锥形瓶中加入待测白醋溶液后,再加少量水,对V(标准)无影响,则c(待测)不变;
d.锥形瓶在滴定时剧烈摇动,有少量液体溅出,待测液物质的量偏小,造成V(标准)偏小,则c(待测)偏小。
萃取精华:
1.指示剂选择的基本原则
变色要灵敏,变色范围要小,且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,原因是其溶液颜色变化对比不明显,且变色范围较大。
(2)滴定终点显碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点显酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸滴定强碱一般用酚酞,但用甲基橙也可以。
(5)并不是所有的滴定都需使用指示剂,如用标准Na2SO3溶液滴定KMnO4溶液时,KMnO4溶液褪色且半分钟不恢复原来的颜色时即为滴定终点。
2.常见的几种滴定方法
(1)酸碱中和滴定(利用中和反应)
(2)氧化还原滴定(利用氧化还原反应)
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发生反应的物质。氧化滴定剂有高锰酸钾、重铬酸钾、碘、碘酸钾等;还原滴定剂有亚铁盐等。
(3)沉淀滴定法(利用生成沉淀的反应)
沉淀滴定法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,否则不能选用这种指示剂。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。
3.滴定终点的判断答题模板
当滴入最后一滴……标准溶液后,溶液变成……色,且半分钟内不恢复原来的颜色。
4.图解量器的读数方法
(1)平视读数(如图1):用量筒、移液管或滴定管量取一定体积的液体,读取液体体积时,视线应与凹液面最低点保持水平,视线与刻度的交点即为读数(即凹液面定视线,视线定读数)。
(2)俯视读数(如图2):当用量筒测量液体的体积时,由于俯视视线向下倾斜,寻找切点的位置在凹液面的上侧,读数高于正确的刻度线位置,即读数偏大。
(3)仰视读数(如图3):读数时,视线向上倾斜,寻找切点的位置在液面的下侧,滴定管刻度标法与量筒不同,仰视滴定管读数偏大。
要点速记:
1.三种式子
H2OH++OH-;
KW=c(H+)·c(OH-);pH=-lgc(H+)
2.三种关系(25 ℃):
(1)酸性溶液:c(H+)>c(OH-),pH<7。
(2)中性溶液:c(H+)=c(OH-),pH=7。
(3)碱性溶液:c(H+)7。
3.滴定管使用的四个步骤:查漏→洗涤→润洗→装液。
4.酸碱中和滴定的两个关键:
(1)准确测定标准液的体积。
(2)准确判断滴定终点。
5.pH计算的口诀
酸按酸(H+),碱按碱(OH-),酸碱中和求过量,无限稀释7为限。
6.有关pH计算的一般思维模型
(1)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。
(2)利用c(H+)=,求pH时,要注意温度是否是25 ℃,Kw是否是1.0×10-14。
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