高中化学苏教版 (2019)选择性必修1专题3 水溶液中的离子反应第二单元 溶液的酸碱性第一课时学案

第一课时　溶液的酸碱性

在25 ℃时，水的离子积常数Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1.0×10－14，请分别计算浓度均为0.01 mol·L－1的盐酸、NaCl溶液、NaOH溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度。

提示：　　　　c(H＋)　　　　　　　c(OH－)

盐酸　　　0.01 mol·L－1　　　1×10－12 mol·L－1

NaCl溶液    1×10－7 mol·L－1    1×10－7 mol·L－1

NaOH溶液    1×10－12 mol·L－1    0.01 mol·L－1

[问题探讨]

1．根据计算结果，溶液的酸碱性与氢离子、氢氧根离子的关系是什么？

提示：酸性溶液：c(H＋)＞c(OH－)，c(H＋)越大，酸性越强；中性溶液：c(H＋)＝c(OH－)；碱性溶液：c(H＋)＜c(OH－)，c(OH－)越大，碱性越强。

2．当c(H＋)≤1 mol·L－1时，人们常用pH表示溶液的酸碱性，pH与氢离子浓度的数学表达式是什么？25 ℃时，溶液的酸碱性与pH的关系是什么？

提示：pH＝－lg c(H＋)。

25 ℃时，pH＜7时，溶液显酸性；pH＝7时，溶液显中性；pH＞7时，溶液显碱性。

3．t ℃时，Kw＝1.0×10－13，此时pH＝7的溶液一定显中性吗？为什么？

提示：t ℃时，中性溶液c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－6.5，pH＝6.5，pH＝7的溶液显碱性。

4．通过以上讨论，能得出判断溶液酸碱性的绝对判据和相对判据分别是什么？

提示：绝对判据：c(H＋)、c(OH－)的相对大小，相等为中性，谁大显谁性；相对判据：溶液的pH。

注意：温度不同，Kw不同，溶液显中性时的pH也不同。

5．常温下，利用平衡移动原理分析比较在不同情况下，c(H＋)和c(OH－)的值与变化趋势(增大或减小)。

1．溶液的酸碱性与pH

(1)pH

(2)溶液的酸碱性与pH的关系(25 ℃)

即中性溶液的pH＝7，酸性溶液的pH<7，碱性溶液的pH>7。

2．溶液pH的测定方法

(1)酸碱指示剂法

酸碱指示剂一般是有机弱酸或弱碱，它们的颜色在一定的pH范围内发生变化，因此，可以用这些弱酸、弱碱来粗略测定溶液的pH范围，但不能准确测定出pH的具体值。几种常用指示剂的变色范围和颜色变化如表所示：

　　(2)pH试纸法

(3)pH计法

pH计又称酸度计，是一种用来精确测量溶液pH的仪器。测得的溶液pH可以是整数或小数。

(4)pH传感器法

pH传感器，是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的输出信号的传感器。可全量程测量溶液的酸碱度，自动绘制出溶液的pH曲线。

[名师点拨]

(1)pH＝－lg c(H＋)，这里的c(H＋)指溶液中的氢离子浓度，而非水电离产生的氢离子浓度。

(2)溶液呈酸性或碱性的本质在于溶液中c(H＋)与c(OH－)的相对大小，而不在于c(H＋)或c(OH－)的绝对大小。在一定温度下，c(H＋)与c(OH－)此增彼减，但Kw＝c(H＋)·c(OH－)始终不变。

(3)若溶液具有漂白性，则不能用酸碱指示剂测定溶液的酸碱性，也不能用pH试纸测定其pH。如不能用pH试纸测量氯水的pH。

1．下列说法正确的是(　　)

A．pH＝7的溶液一定显中性

B.常温下由水电离产生的c(OH－)为1×10－8 mol·L－1的溶液一定呈酸性

C．c(H＋)＜c(OH－)的溶液一定显碱性

D．c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1的溶液一定呈碱性

解析：选C　溶液的酸碱性取决于c(H＋)与c(OH－)的相对大小，利用pH或c(H＋)判断时应注意温度。常温下由水电离产生的c(OH－)为1×10－8 mol·L－1，可能溶液中c(OH－)＝1×10－8 mol·L－1，c(H＋)＝1×10－6  mol·L－1，溶液呈酸性，也可能溶液中c(H＋)＝1×10－8 mol·L－1，c(OH－)＝1×10－6 mol·L－1，溶液呈碱性。

2．用pH试纸测定某无色溶液的pH，正确的是(　　)

A．将pH试纸放入溶液中，观察其颜色变化并与标准比色卡对照

B．用广泛pH试纸测得氯水的pH为2

C．用干燥、洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH试纸上，观察其颜色并与标准比色卡对照

D．用干燥、洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在湿润的pH试纸上，测量的pH一定偏低

解析：选C　pH试纸直接浸入待测液，会污染溶液，A错误；氯水有强氧化性，pH试纸会被漂白，应用pH计测定氯水的pH，B错误；测定溶液pH的正确操作方法为用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测液滴到放在玻璃片或表面皿上的pH试纸上，显色后，与标准比色卡比较，C正确；湿润的pH试纸测量的pH不一定偏低，如用湿润的pH试纸测量氯化钠溶液的pH，测定结果不变，D错误。

计算25 ℃时下列溶液的pH：

(1)0.1 mol·L－1盐酸，pH＝________。

(2)0.005 mol·L－1硫酸，pH＝________。

(3)0.001 mol·L－1 NaOH溶液，pH＝________。

(4)0.05 mol·L－1 Ba(OH)2溶液，pH＝________。

提示：(1)1　(2)2　(3)11　(4)13

[问题探讨]

1．25 ℃时，若将0.05 mol·L－1盐酸与0.15 mol·L－1盐酸等体积混合，所得溶液的pH是多少？

提示：c混(H＋)＝＝0.1 (mol·L－1)

pH＝－lg 0.1＝1。

2．25 ℃时，pH＝10和pH＝12的NaOH溶液等体积混合后的pH是多少？

提示：c混(OH－)＝

＝5×10－3(mol·L－1)

c混(H＋)＝＝

＝2×10－12(mol·L－1)

pH＝－lg 2×10－12≈11.7。

3．25 ℃时，50 mL 0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液与100 mL 0.25 mol·L－1盐酸混合，所得溶液的pH是多少？

提示：混合溶液显酸性，c混(H＋)＝ mol·L－1＝0.1 mol·L－1

pH＝－lg 0.1＝1。

溶液的pH计算

1．单一溶液pH的计算

　　2.混合溶液pH的计算

 [名师点拨]

(1)强酸溶液和强碱溶液混合后计算pH，必须先判断出混合后溶液的酸碱性，然后计算混合后的OH－或H＋浓度。

(2)根据酸的浓度计算酸溶液的pH时，不必考虑温度，而根据碱的浓度计算碱溶液的pH时，需要根据离子积计算c(H＋)，因此一定要注意溶液的温度，只有室温时，Kw＝1.0×10－14。

(3)一定pH的强碱与强碱混合后求pH。在计算过程中一定用OH－浓度计算混合后的OH－浓度，H＋浓度必须通过c(H＋)＝求出。

(4)两种强酸等体积混合时，若二者pH之差≥2，则pH混＝pH小＋0.3；两种强碱等体积混合时，若二者pH之差≥2，则pH混＝pH大－0.3。

(5)计算混合溶液的pH时，一般忽略两溶液混合时体积的变化，即混合液的总体积等于两溶液的体积之和。

1．已知在t ℃时，水的离子积Kw＝1×10－12，下列溶液的温度均为t ℃。其中说法正确的是(　　)

A．0.005 mol·L－1 H2SO4溶液，pH＝2

B．0.001 mol·L－1 NaOH溶液，pH＝11

C．0.005 mol·L－1 H2SO4溶液与0.01 mol·L－1 NaOH溶液等体积混合，混合溶液的pH为6，溶液显酸性

D．完全中和pH＝3的H2SO4溶液50 mL，需要pH＝9的NaOH溶液100 mL

解析：选A　A项，0.005 mol·L－1 H2SO4溶液中，c(H＋)＝0.005 mol·L－1×2＝0.01 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 0.01＝2；B项，0.001 mol·L－1 NaOH溶液中，c(OH－)＝0.001 mol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝1×10－9 mol·L－1，pH＝－lg(1×10－9)＝9。C项，0.005 mol·L－1 H2SO4溶液与0.01 mol·L－1的NaOH溶液等体积混合，溶液呈中性，pH＝6；D项，pH＝3的H2SO4溶液中c(H＋)＝10－3 mol·L－1，pH＝9的NaOH溶液中，c(OH－)＝10－3 mol·L－1，二者完全中和，需要溶液的体积相等。

2．(1)某温度时，测得0.01 mol·L－1 NaOH溶液的pH为11，则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Va L与pH＝b的硫酸Vb L混合。

①若所得混合溶液为中性，且a＝12，b＝2，则Va∶Vb＝________。

②若所得混合溶液的pH＝10，且a＝12，b＝2，则Va∶Vb＝________。

解析：(1)0.01 mol·L－1 NaOH溶液的pH＝11，则Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－11×0.01＝1×10－13。(2)pH＝a的NaOH溶液中，c(OH－)＝＝10－13＋a mol·L－1，pH＝b的H2SO4中，c(H＋)＝10－b mol·L－1。两者混合后：①若溶液呈中性，则10－13＋a·Va＝10－b·Vb，将a＝12，b＝2代入，得Va∶Vb＝1∶10。②若pH＝10，则呈碱性，c(OH－)混＝＝10－3 mol·L－1，而c(OH－)混＝ mol·L－1，将a＝12，b＝2代入，得Va∶Vb＝1∶9。

答案：(1)1×10－13　(2)①1∶10　②1∶9

盐酸是化学工业重要原料之一，广泛用于化工原料、染料、医药、食品、印染、皮革、制糖、冶金等行业，还用于离子交换树脂的再生以及电镀、金属表面的清洗剂。

回答以下几个问题：

25 ℃下0.01 mol·L－1 HCl溶液中

(1)pH是多少？

(2)加水稀释1 000倍，pH是多少？

(3)加水稀释105倍，pH是多少？

(4)无限稀释，pH是多少？

提示：(1)2　(2)5　(3)约为7，但比7小。　(4)约为7，但比7小。

[问题探讨]

1．pH＝a的强酸溶液，加水稀释10n倍，pH为多少？

提示：a＋n。

2．结合(3)(4)问分析，酸溶液稀释后能变为中性或碱性溶液吗？

提示：不能，无论怎么稀释，酸还是酸，碱还是碱。

3．将探究活动中HCl换为NaOH，答案变为什么？

提示：(1)12　(2)9　(3)约为7，但比7大。　(4)约为7，但比7大。

酸、碱溶液稀释时pH的变化与计算

(1)酸、碱溶液稀释时pH的计算

(2)酸、碱溶液稀释时pH的变化趋势

对于pH相同的强酸和弱酸(或强碱和弱碱)溶液稀释相同的倍数，强酸(或强碱)溶液的pH变化幅度大(如图所示)。这是因为强酸(或强碱)已完全电离，随着加水稀释，溶液中H＋(或OH－)的物质的量(水电离的除外)不会增多，而弱酸(或弱碱)随着加水稀释，电离程度增大，H＋(或OH－)的物质的量会不断增多。

[名师点拨]

对于物质的量浓度相同的强酸和弱酸(或强碱和弱碱)溶液，虽然起始时溶液pH不同，但若稀释相同倍数，仍是强酸(或强碱)pH的变化幅度大。

1．常温下，下列溶液中与浓度为1.0×10－5 mol·L－1的NaOH溶液的pH相同的是(　　)

A．把pH＝6的盐酸稀释1 000倍

B．把pH＝10的Ba(OH)2溶液稀释10倍

C．把pH＝10的氨水稀释10倍

D．把pH＝8的NaOH溶液稀释10倍

解析：选B　常温下，浓度为1.0×10－5 mol·L－1的NaOH溶液的pH为9。把pH＝6的盐酸稀释1 000倍，pH接近7，故A错误；氢氧化钡是强碱，把pH＝10的Ba(OH)2溶液稀释10倍，pH为9，故B正确；一水合氨是弱碱，把pH＝10的氨水稀释10倍，氢氧根离子浓度>10－5 mol·L－1，则稀释后氢离子浓度<10－9 mol·L－1，pH>9，故C错误；把pH＝8的NaOH溶液稀释10倍，pH接近7，故 D错误。

2．常温下，关于溶液的稀释下列说法正确的是(　　)

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＋)＝1×10－6 mol·L－1

C．将1 L 0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液稀释为2 L，pH＝13

D．pH＝8的NaOH溶液稀释100倍，其pH＝6

解析：选C　A项，pH＝3的醋酸溶液在稀释过程中电离平衡正向移动，稀释100倍时，3＜pH＜5，错误；B项，pH＝4的H2SO4溶液稀释100倍时，溶液中的c(H＋)＝1×10－6 mol·L－1，溶液中的c(OH－)水＝＝1×10－8 mol·L－1，c(H＋)水＝c(OH－)水＝1×10－8 mol·L－1，错误；C项，1 L 0.1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液稀释到2 L时，c(OH－)＝ mol·L－1＝0.1 mol·L－1，c(H＋)＝1×10－13 mol·L－1，pH＝13，正确；D项，NaOH溶液是强碱溶液，无论怎么稀释，pH在常温下不可能成为6，只能无限接近于7，错误。

已知水在25 ℃和100 ℃时，其电离平衡曲线如图所示：

(1)100 ℃时水的电离平衡曲线应为________(填“A”或“B”)，理由是__________________________。

提示：温度升高，促进水的电离，水的离子积增大，水中H＋的浓度、OH－的浓度都增大，水的pH减小，但水仍呈中性。结合题图中A、B曲线变化情况及H＋的浓度、OH－的浓度可以判断100 ℃时水的电离平衡曲线为B。

(2)25 ℃时，将pH＝9的NaOH溶液与pH＝4的H2SO4溶液混合，若所得混合溶液的pH＝7，则NaOH溶液与H2SO4溶液的体积之比为________。

提示：25 ℃时所得混合溶液的pH＝7，溶液呈中性，即酸碱恰好完全中和，即n(H＋)＝n(OH－)，V(NaOH)×10－5 mol·L－1＝V(H2SO4)×10－4 mol·L－1，V(NaOH)∶V(H2SO4)＝10∶1。

(3)100 ℃时，若100体积pH1＝a的某强酸溶液与1体积pH2＝b的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则混合前，该强酸的pH1与强碱的pH2之间应满足的关系式为________________(用含a、b的式子表示)。

提示：要注意100 ℃时，水的离子积为10－12，即c(H＋)·c(OH－)＝10－12。根据100 ℃时混合后溶液呈中性知，100×10－a＝1×10b－12，即10－a＋2＝10b－12，a＋b＝14。

图像类溶液中的pH计算方法

(1)注意温度，温度不同Kw不同。

(2)溶液呈中性，则满足n(H＋)＝n(OH－)，据此结合题意，计算c(H＋)进而计算溶液的pH。

1.

在某温度下的水溶液中，c(H＋)＝10x mol·L－1，c(OH－)＝10y mol·L－1，x与y的关系如图所示：

(1)该温度下，水的离子积为________。

(2)该温度下，0.01 mol·L－1 NaOH溶液中c(H＋)为________。

解析：(1)当x＝－10时，y＝－5，则c(H＋)＝10－10 mol·L－1，c(OH－)＝10－5 mol·L－1，故该温度下，水的离子积为Kw＝10－10×10－5＝10－15。

(2)该温度下，c(OH－)＝0.01 mol·L－1，故c(H＋)＝＝＝10－13 (mol·L－1)。

答案：(1)10－15　(2)10－13 mol·L－1

2.

T ℃下的某溶液中，c(H＋)＝10－x mol·L－1，c(OH－)＝10－y mol·L－1，x与y的关系如图所示。请回答下列问题：

(1)此温度下，水的离子积Kw＝________，则T________25(填“>”“<”或“＝”)。

(2)在此温度下，向Ba(OH)2溶液中逐滴加入pH＝a的盐酸，测得混合溶液的部分pH如表所示：

假设溶液混合前后的体积变化忽略不计，则a＝______，实验②中由水电离产生的c(OH－)＝______ mol·L－1。

解析：(1)此温度下，水的离子积Kw＝c(H＋)·c(OH－)＝10－x·10－y＝10－12·100＝1×10－12>1×10－14，升温促进水的电离，则T>25。

(2)由实验①可知，在此温度下，Ba(OH)2溶液的pH＝8，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝1×10－4 mol·L－1，向22.00 mL Ba(OH)2溶液中逐滴加入pH＝a的盐酸22.00 mL，所得溶液的pH＝6，混合溶液呈中性，则盐酸中c(H＋)＝1×10－4 mol·L－1，pH＝a＝4；实验②中溶液呈碱性，由水电离产生的c(OH－)＝c(H＋)＝1×10－7 mol·L－1。

答案：(1)1×10－12　>　(2)4　1×10－7

[分级训练·课课过关]_____________________________________________________

1．下列有关pH的说法正确的是(　　)

A．常温下，测得0.1 mol·L－1盐酸的pH＝1

B．测定溶液pH时，事先将pH试纸润湿

C．pH相同的醋酸溶液导电性一定比盐酸弱

D．常温下，将pH＝1的醋酸溶液稀释1 000倍，测得pH＝4

解析：选A　0.1 mol·L－1盐酸的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，常温下，测得0.1 mol·L－1盐酸的pH＝1，A正确；测定溶液pH时，不能事先将pH试纸润湿，若润湿则相当于将待测液加水稀释，可能使测定结果有误差，B错误；pH相同的醋酸溶液与盐酸的导电性相同，C错误；常温下，将pH＝1的醋酸溶液稀释1 000倍后，醋酸的电离平衡正向移动，测得醋酸溶液pH小于4，D错误。

2．已知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溶液与b mol·L－1的一元碱BOH溶液等体积混合，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：选C　溶液呈中性，即c(H＋)＝c(OH－)，结合水的离子积常数可知c(H＋)＝c(OH－)＝ mol·L－1，故C项正确。

3．用pH试纸测定某无色溶液的pH时，规范的操作是(　　)

A．用pH试纸放入溶液中，观察其颜色变化，跟标准比色卡比较

B．将溶液倒在pH试纸上，跟标准比色卡比较

C．用干燥洁净的玻璃棒蘸取溶液，滴在pH试纸上，跟标准比色卡比较

D．在试管内放入少量溶液，煮沸，把pH试纸放在管口，观察颜色，跟标准比色卡比较

解析：选C　用pH试纸测量溶液pH时，不得将试纸放入溶液中，以免污染溶液，不能将溶液直接倒在试纸上，以免浪费溶液。

4．在T ℃时，某NaOH稀溶液中c(H＋)＝10－a mol·L－1，c(OH－)＝10－b mol·L－1，已知a＋b＝12。向该溶液中逐滴加入pH＝c的盐酸(T ℃)，测得混合溶液的部分pH如表所示：

假设溶液混合前后的体积变化忽略不计，则c为(　　)

A．1    B．6

C．5    D．4

解析：选D　a＋b＝12，则T ℃时，水的离子积常数是10－12，pH＝8的NaOH溶液的物质的量浓度是 mol·L－1＝10－4 mol·L－1；20.00 mL该氢氧化钠溶液与20.00 mL盐酸混合，溶液pH＝6，呈中性，则氢氧化钠溶液与盐酸浓度相同，即盐酸的物质的量浓度为10－4 mol·L－1，c(H＋)＝10－4 mol·L－1，pH＝4，故选D。

5．计算25 ℃时下列溶液的pH：

(1)1 mL pH＝2的H2SO4加水稀释至100 mL，pH＝________。

(2)0.001 mol·L－1盐酸，pH＝________。

(3)0.01 mol·L－1 NaOH溶液，pH＝________。

(4)0.015 mol·L－1硫酸与0.01 mol·L－1的NaOH等体积混合，混合溶液的pH＝________。

解析：(1)强酸稀释100倍，pH变化2个单位，即稀释后溶液的pH＝4。(2)c(H＋)＝10－3 mol·L－1，pH＝3。(3)c(OH－)＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝ mol·L－1＝10－12  mol·L－1，pH＝－lg 10－12＝12。(4)酸碱发生中和反应时，酸过量，则c(H＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，pH＝－lg 0.01＝2。

答案：(1)4　(2)3　(3)12　(4)2