化学第二单元 溶液的酸碱性学案

这是一份化学第二单元 溶液的酸碱性学案，共12页。


1．等物质的量浓度的强酸(碱)、弱酸(碱)溶液的稀释问题
物质的量浓度相同的一元强酸和一元弱酸，弱酸的pH大。稀释相同的倍数，仍是弱酸的pH大；稀释至相同的pH，则强酸中加的蒸馏水多，如图甲。
物质的量浓度相同的一元强碱和一元弱碱，强碱的pH大。稀释相同的倍数，仍是强碱的pH大；稀释至相同的pH，则强碱中加的蒸馏水多，如图乙。
甲 乙
2．pH相同的强酸(碱)、弱酸(碱)溶液的稀释问题
将pH相同的一元强酸和一元弱酸稀释相同的倍数，弱酸的pH较小，强酸的pH较大；稀释至相同的pH，则弱酸中所加的蒸馏水比强酸中的多，如图丙。
将pH相同的一元强碱和一元弱碱稀释相同的倍数，强碱的pH较小，弱碱的pH较大；稀释至相同的pH，则弱碱中所加的蒸馏水比强碱中的多，如图丁。
丙 丁
已知常温时HClO的Ka＝2.95×10－8，HF的Ka＝3.53×10－4。现将pH和体积都相同的次氯酸和氢氟酸溶液分别加蒸馏水稀释，pH随溶液体积的变化如图所示，下列叙述正确的是( )
A．曲线Ⅰ为次氯酸溶液稀释时pH的变化曲线
B．取a点的两种酸溶液，中和相同体积、相同浓度的NaOH溶液，消耗次氯酸溶液的体积较小
C．a点时，若都加入相同质量、相同体积的锌粒，此时与氢氟酸反应的速率大
D．b点溶液中水的电离程度比c点溶液中的小
B [常温下Ka(HClO)c(HF)，中和等体积等浓度的NaOH溶液，消耗HClO溶液的体积较小，B项正确；a点时，两溶液的pH相同，则两溶液中c(H＋)相等，与相同质量、相同体积的锌粒反应的速率相等，C项错误；b点溶液的pH较c点溶液的大，则b点溶液中c(H＋)较小，对水的电离的抑制作用较小，故b点溶液中水的电离程度较大，D项错误。]
1．pH＝2的a、b两种酸溶液各1 mL，分别加水稀释到1 000 mL，其中pH与溶液体积V的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．a、b两酸溶液的物质的量浓度一定相等
B．稀释后，a酸溶液的酸性比b酸溶液强
C．x＝6时，a是强酸，b是弱酸
D．若a、b都是弱酸，则2＜x＜5
D [由图可知，稀释过程中，b酸的pH变化小，则b酸较a酸弱，两者pH相等时，物质的量浓度一定不同，A项错误；读图知稀释后a溶液的pH大于b溶液的pH，则a中c(H＋)小于b中c(H＋)，a酸溶液的酸性比b酸溶液的酸性弱，B项错误；pH＝2的a酸溶液稀释1 000倍，pH不可能增加4，C项错误；若a、b都是弱酸，稀释1 000倍后，a、b两溶液pH均要增大，且增加量均小于3，故2＜x<5，D项正确。]
2．25 ℃时，浓度均为0.10 ml·L－1、体积均为V0的MOH和ROH溶液，分别加水稀释至体积V，pH随lgeq \f(V,V0)的变化如图所示。下列叙述错误的是( )
A．MOH的碱性强于ROH的碱性
B．ROH的电离程度：b点大于a点
C．若两溶液无限稀释，则它们的c(OH－)相等
D．当lg eq \f(V,V0)＝2时，若两溶液同时升高温度，则eq \f(cM＋,cR＋)增大
D [A项，0.10 ml·L－1等体积的MOH和ROH溶液，前者pH＝13，后者pH小于13，说明前者是强碱，后者是弱碱，正确；B项，ROH是弱碱，加水稀释，促进电离，b点电离程度大于a点，正确；C项，两碱溶液无限稀释，溶液近似呈中性，c(OH－)相等，正确；D项，由MOH是强碱，在溶液中完全电离，所以c(M＋)不变，ROH是弱碱，升高温度，促进电离平衡ROHR＋＋OH－向右移动，c(R＋)增大，所以eq \f(cM＋,cR＋)减小，错误。]
氧化还原滴定的原理及应用
(1)原理
与酸碱中和滴定的原理相似，氧化还原滴定的原理是以氧化剂(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。
例如：酸性KMnO4溶液作氧化剂常用于滴定含H2C2O4、HC2Oeq \\al(－,4)、Fe2＋的溶液，其反应原理分别是
2MnOeq \\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O、
2MnOeq \\al(－,4)＋5HC2Oeq \\al(－,4)＋11H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O、
MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O
又如，测定碘盐中碘含量的反应原理是
5KI＋KIO3＋3H2SO4===3K2SO4＋3I2＋3H2O
I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6
(2)指示剂的选择
氧化还原滴定的指示剂有三类。①氧化还原指示剂；②专用指示剂，用Na2S2O3溶液滴定含I2的溶液时，以淀粉溶液为指示剂；③自身指示剂，用KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液或含Fe2＋的溶液时，不需另加指示剂。
(3)计算
依据化学方程式、离子方程式或关系式列比例式，或运用原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等列式进行计算。
(4)应用
氧化还原滴定广泛地应用于溶液浓度的测定、物质纯度的测定、食品和药品成分的检测等定量分析。
我国国标推荐的食品药品中钙元素含量的测定方法之一：利用Na2C2O4将处理后的样品中的Ca2＋沉淀，过滤洗涤，然后将所得CaC2O4固体溶于过量的强酸，最后使用已知浓度的KMnO4溶液通过滴定来测定溶液中Ca2＋的含量。针对该实验中的滴定过程，回答以下问题：
(1)KMnO4溶液应该用________(填“酸式”或“碱式”)滴定管盛装。
(2)试写出滴定过程中发生反应的离子方程式：________________________
_______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(3)滴定终点的颜色变化：溶液由_______色变为___________色。
(4)以下哪些操作会导致测定的结果偏高________(填字母)。
a．装入KMnO4溶液前未润洗滴定管
b．滴定结束后俯视读数
c．滴定结束后，滴定管尖端悬有一滴溶液
d．滴定过程中，振荡时将待测液洒出
(5)某同学对上述实验方法进行了改进并用于测定某品牌的钙片中的钙元素(主要为CaCO3)含量，其实验过程如下：取2.00 g样品加入锥形瓶中，用酸式滴定管向锥形瓶内加入20.00 mL浓度为0.10 ml·L－1的盐酸(盐酸过量)，充分反应一段时间，用酒精灯将锥形瓶内液体加热至沸腾，数分钟后，冷却至室温，加入2～3滴酸碱指示剂，用浓度为0.10 ml·L－1的NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液8.00 mL。[[提示] Ca(OH)2微溶于水，pH较低时不会沉淀]
①为使现象明显、结果准确，滴定过程中的酸碱指示剂应选择________溶液(填“石蕊”、“甲基橙”或“酚酞”)。
②实验过程中将锥形瓶内液体煮沸的目的是________________________
_____________________________________________________________。
③此2.00 g钙片中CaCO3的质量为________g。
[解析] (1)KMnO4溶液具有强氧化性，应放在酸式滴定管中。(3)KMnO4 溶液本身可以作为指示剂，终点的颜色变化为无色变为紫红色。(5)实验过程中将锥形瓶内液体煮沸的目的是将溶解在溶液中的CO2气体赶出；该滴定若用“酚酞”作指示剂，由于它的变色范围为8.2～10，会使Ca(OH)2形成沉淀析出，造成误差偏大。锥形瓶中发生的反应为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑、HCl＋NaOH===NaCl＋H2O。
CaCO3所消耗的HCl为
20.00 mL×0.10 ml·L－1－8.00 mL×0.10 ml·L－1＝12.00 mL×0.10 ml·L－1；
m(CaCO3)＝eq \f(12.00 mL×0.10 ml·L－1×10－3 L·mL－1,2)×100 g·ml－1＝0.06 g。
[答案] (1)酸式 (2)2MnOeq \\al(－,4)＋5C2Oeq \\al(2－,4)＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O (3)无 紫红 (4)ac
(5)①甲基橙 ②将溶解在溶液中的CO2 气体赶出
③0.06
依据氧化还原反应：MnOeq \\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，欲采用滴定的方法测定FeSO4的质量分数，实验步骤如下：
①称量绿矾样品，配成100 mL待测溶液，②取一定体积待测液置于锥形瓶中，并加入一定量的硫酸，③将标准浓度的KMnO4溶液装入滴定管中，调节液面至a mL处，④滴定待测液至滴定终点时，滴定管的液面读数b mL，⑤重复滴定2～3次。
(1)如何知道滴定到达终点？______________________________________
_____________________________________________________________。
(2)下列操作会导致测定结果偏低的是__________(选填字母，下同)。
A．盛标准溶液的滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗就装液滴定
B．锥形瓶用蒸馏水洗涤后未用待测液润洗
C．读取标准液读数时，滴定前平视，滴定到终点后俯视
D．滴定前滴定管尖嘴处有气泡未排除，滴定后气泡消失
(3)下列每种量器的数量不限，在上述实验中，必需使用的有_____________。
A．托盘天平 B．量筒
C．碱式滴定管 D．酸式滴定管
[解析] (1)高锰酸钾溶液本身呈紫色，能够被二价铁离子还原，当滴定终点时，颜色变成紫红色，并且半分钟内不褪色；(2)A．盛标准溶液的滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液润洗就装液滴定，标准液浓度减小，造成V(标准)增大，测定结果偏高，故A不选；B．锥形瓶用蒸馏水洗涤后未用待测液润洗，为正确操作，所需V(标准)不变，测定结果不变，故B不选；C．读取标准液读数时，滴定前平视，滴定到终点后俯视，造成V(标准)偏小，测定结果偏低，故C选；D．滴定前滴定管尖嘴处有气泡未排除，滴定后气泡消失，造成V(标准)偏大，测定结果偏高，故D不选；(3)配制100 mL待测溶液需要的仪器有托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、100 mL容量瓶、胶头滴管，滴定所需要的仪器有酸式滴定管(因为硫酸亚铁显酸性，高锰酸钾具有强的氧化性，所以应选择酸式滴定管)锥形瓶、铁架台等，所以必需使用的有托盘天平、酸式滴定管。
[答案] (1)溶液由浅绿色变为紫红色，且半分钟后不变色 (2)C
(3)AD
国家卫健委高级别专家组成员、中国工程院院士李兰娟在接受采访时提到过氧乙酸可有效灭活新型冠状病毒，过氧乙酸具有强氧化性、腐蚀性，具有酸的通性，受热时可分解为乙酸、氧气。某化学小组对过氧乙酸的性质进行如下探究。
定性测定：资料显示，过氧乙酸的氧化性强于高锰酸钾。
(1)为了探究某市售过氧乙酸中是否含有H2O2，设计如下方案：
A．取少量过氧乙酸样品配成溶液，加入含KSCN的FeSO4溶液，观察溶液是否变红
B．取少量过氧乙酸样品配成溶液，加入少量酸性KMnO4溶液，观察溶液颜色变化和有无气泡产生
C．取少量过氧乙酸样品配成溶液，加入少量品红溶液，观察溶液颜色变化
定量测定：在过氧乙酸样品中常含有残留的H2O2。测定样品中过氧乙酸的浓度c0时涉及反应：
CH3COOOH＋2I－＋2H＋===CH3COOH＋I2＋H2O；
2S2Oeq \\al(2－,3)＋I2===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6)。
(2)取V0 mL待测液并用硫酸酸化，再用浓度为c ml·L－1的KMnO4标准溶液滴定待测液至溶液呈粉红色，消耗V1 mL KMnO4标准溶液。另取V0 mL待测液，加入过量的KI溶液和几滴淀粉，并用硫酸酸化，再用浓度为c ml·L－1的Na2S2O3标准溶液滴定待测液至溶液呈无色，消耗Na2S2O3标准溶液V2 mL。
[问题1] 在定性探究中能达到实验目的的最佳方案是哪一项？
[提示] (1)H2O2、过氧乙酸都能氧化亚铁离子；高锰酸钾溶液不能氧化过氧乙酸，但可氧化 H2O2，如果溶液由紫色变为无色，溶液中一定含H2O2；H2O2、过氧乙酸都有漂白性，都能使品红溶液褪色。
[问题2] 在定量测定中，如何通过数据计算c0是多少？
[提示] 过氧乙酸和H2O2都能氧化KI，高锰酸钾只氧化H2O2。根据化合价变化可知，2n(H2O2)＝n(I2)、2n(H2O2)＝5n(KMnO4)，又2n(H2O2)＋2n(CH3COOOH)＝2n(I2)＝n(Na2S2O3)，由此得计算式5n(KMnO4)＋2n(CH3COOOH)＝n(Na2S2O3)，n(CH3COOOH)＝eq \f(cV2－5cV1,2 000) ml，c0＝eq \f(cV2－5V1,2V0)。
[问题3] 在定量测定中，下列实验操作可能使测定结果偏高的是哪一项？
A．加入过量KI溶液
B．用Na2S2O3标准溶液滴定前振荡锥形瓶的时间过长
C．盛装KMnO4标准溶液的滴定管没有润洗
D．用KMnO4标准溶液滴定前仰视读数、滴定终点时俯视读数
[提示] 加入过量KI溶液，KI不能与硫代硫酸钠反应，不影响实验结果。如果振荡锥形瓶的时间过长，部分KI与空气中的O2反应，消耗的硫代硫酸钠溶液体积偏大，测定结果偏高。如果没有润洗盛装高锰酸钾标准溶液的滴定管，消耗的KMnO4标准溶液体积偏大，测定结果偏低。仰视读数偏大，俯视读数偏小，V测＝V终－V始，使KMnO4标准溶液体积偏小，测定结果偏高。
通过本情境素材中滴定原理的应用提升了证据推理与模型认知的化学核心素养。
1．常温下，体积相同、浓度均为1.0 ml·L－1的HX溶液、HY溶液，分别加水稀释，稀释后溶液的pH随稀释倍数的对数的变化如图所示，下列叙述正确的是( )
A．HX是强酸，溶液每稀释10倍，pH始终增大1
B．常温下，HY的电离常数约为1.0×10－4
C．溶液中水的电离程度：a点大于b点
D．消耗同浓度的NaOH溶液体积：a点大于b点
B [题图中1.0 ml·L－1的HX溶液pH＝0，说明HX为强酸，加水稀释，溶液pH最终接近7，溶液每稀释10倍，pH不一定始终增大1，A项错误；常温下，1.0 ml·L－1 HY溶液pH＝2.0，c(H＋)＝10－2 ml·L－1，则HY的电离常数K＝eq \f(cH＋·cY－,cHY)＝eq \f(10－2×10－2,1－0.01)≈1.0×10－4，B项正确；HX为强酸，HY为弱酸，加水稀释相同倍数，a点HX溶液中氢离子浓度大于b点HY溶液中氢离子浓度，溶液中水的电离程度：a点小于b点，C项错误；a点和b点分别为相同浓度和相同体积的HX和HY溶液分别稀释相同的倍数后所得溶液，则中和时消耗同浓度的NaOH溶液体积相同，D项错误。]
2．常温时，用0.10 ml·L－1 NaOH溶液滴定25.00 mL 0.10 ml·L－1一元弱酸HX的溶液，滴定过程中pH变化曲线如图所示。若忽略反应过程中因液体密度变化而导致的体积变化，则下列判断正确的是( )
V(NaOH)/mL
A．弱酸HX的电离常数Ka＝1.0×10－4
B．V(NaOH)＝12.50 mL时，混合溶液相当于等量的NaX和HX的混合液
C．溶液pH＝7时，HX和NaOH恰好完全反应
D．V(NaOH)＝25.00 mL时，c(Na＋)＝c(X－)＋c(HX)＝0.10 ml·L－1
B [由图像可知，0.10 ml·L－1 HX溶液的pH＝2，即c(H＋)＝0.01 ml·L－1，故HX的电离常数Ka＝eq \f(cH＋·cX－,cHX)＝eq \f(0.01×0.01,0.10－0.01)≈1.11×10－3，A项错误；V(NaOH)＝12.50 mL时，溶液中一半的HX参与中和反应，即为等量的NaX和HX的混合液，B项正确；溶液pH＝7时，V(NaOH)＜25.00 mL，HX未反应完，C项错误；V(NaOH)＝25.00 mL时，溶液体积为50.00 mL，故c(Na＋)＝c(X－)＋c(HX)＝0.05 ml·L－1，D项错误。]
3．某温度下，pH＝11的氨水和NaOH溶液分别加水稀释100倍，溶液的pH随溶液体积变化的曲线如图所示。根据图像判断错误的是( )
A．a值一定大于9
B．Ⅱ为氨水稀释时溶液的pH变化曲线
C．稀释后氨水中水的电离程度比NaOH溶液中水的电离程度大
D．完全中和稀释后相同体积的两溶液时，消耗相同浓度的稀H2SO4的体积V(NaOH)＜V(氨水)
C [根据题给图像可知，开始二者pH相同，在稀释过程中促进氨水的电离，则氨水的pH变化较小，即Ⅱ为氨水稀释时溶液的pH变化曲线，pH＝11的氢氧化钠溶液稀释100倍时，pH变为9，所以，pH＝11的氨水溶液稀释100倍时，pH减小不到9，即a一定大于9，A、B正确；稀释后氨水的pH大于NaOH溶液的pH，氨水中水的电离程度比NaOH溶液中水的电离程度小，C错误；pH相同的氨水和氢氧化钠溶液，氨水的物质的量浓度大于氢氧化钠溶液的物质的量浓度，加水稀释相同的倍数，氨水的物质的量浓度仍较大，完全中和稀释后相同体积的两溶液时，消耗相同浓度的稀硫酸的体积V(NaOH)＜V(氨水)，D正确。]
4．市场上销售的某种食用精制盐的配料是食盐、碘酸钾、抗结剂，碘含量(以碘计)是20～50 mg·kg－1。已知：I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6)。某学生测定食用精制盐的碘含量，其步骤如下：
a．准确称取m g食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；
b．用稀硫酸酸化所得溶液，加入足量KI溶液，使KIO3与KI反应完全；
c．以淀粉溶液为指示剂，逐滴加入物质的量浓度为2.0×10－3 ml·L－1的Na2S2O3标准溶液10.00 mL，恰好反应完全。
(1)判断c中恰好反应完全的依据是______________________。
(2)b中反应所产生的I2的物质的量是___________________ml。
(3)根据以上实验，所测得的食用精制盐的碘含量是________________mg·kg－1(用含m的代数式表示)。
[解析] 解本题的关键是先弄清楚滴定原理，然后要类比酸碱中和滴定。I2的淀粉溶液呈蓝色，向其中逐滴加入Na2S2O3溶液，随着I2的消耗，溶液蓝色逐渐变浅，当加入最后半滴Na2S2O3溶液使蓝色恰好褪去时，Na2S2O3与I2恰好反应完全，达到滴定终点，可依据Na2S2O3与I2的反应及KIO3与KI的反应计算I2的物质的量和食用精制盐的碘含量。由I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6)得n(I2)＝2.0×10－3 ml·L－1×eq \f(10.00 mL,1 000 mL·L－1)×eq \f(1,2)＝1.0×10－5 ml。由5KI＋KIO3＋3H2SO4===3K2SO4＋3I2＋3H2O，得n(KIO3)＝eq \f(1,3)×1.0×10－5 ml。故食用精制盐的碘含量为eq \f(\f(1,3)×1.0×10－5 ml×127 g·ml－1×1 000 mg·g－1,\f(m g,1 000 g·kg－1))＝eq \f(1.27×103,3m) mg·kg－1。
[答案] (1)滴入最后半滴标准Na2S2O3溶液，溶液由蓝色恰好变为无色，且半分钟内不恢复原色 (2)1.0×10－5 (3)eq \f(1.27×103,3m)
5．某兴趣小组同学用0.100 0 ml·L－1酸性高锰酸钾标准溶液滴定试样中的过氧化氢，反应原理为：2MnOeq \\al(－,4)＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑。
(1)滴定达到终点的现象是_______________________________。
(2)用移液管吸取25.00 mL试样置于锥形瓶中，重复滴定四次，每次消耗酸性KMnO4标准溶液的体积如表所示：
计算试样中过氧化氢的浓度为____________________ml·L－1。
(3)若滴定前尖嘴中有气泡，滴定后消失，则测定结果________________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
[解析] (1)滴定达到终点的现象是锥形瓶内溶液颜色恰好由无色变为浅紫色，且30 s内溶液不褪色。(2)由于第一次数据误差过大，故舍去；其他三次的体积平均值为18.00 mL，根据反应2MnOeq \\al(－,4)＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋8H2O＋5O2↑，n(H2O2)＝2.5×n(MnOeq \\al(－,4))＝2.5×0.100 0 ml·L－1×0.018 00 L，c(H2O2)＝0.180 0 ml·L－1。(3)滴定前尖嘴中有气泡，滴定后消失导致读取的消耗的标准液的体积偏大，测定结果偏高。
[答案] (1)锥形瓶内溶液颜色恰好由无色变为浅紫色，且30 s内溶液不褪色 (2)0.180 0 (3)偏高
探 究 任 务
1．强酸(碱)、弱酸(碱)稀释过程中pH变化的曲线。
2．滴定原理的迁移应用。
强酸(碱)、弱酸(碱)稀释过程中pH变化的曲线
滴定原理的迁移应用
第一次
第二次
第三次
第四次
体积/mL
17.10
18.10
18.00
17.90