新教材适用2024版高考化学一轮总复习第8章水溶液中的离子反应与平衡第24讲水的电离和溶液的pH课件
展开第24讲 水的电离和溶液的pH
1.认识水的电离,了解水的离子积常数,认识溶液的酸碱性及pH,掌握检测溶液pH的方法。2.能进行溶液pH的简单计算,能正确测定溶液pH,能调控溶液的酸碱性,能选择实例说明溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用。
2.水的离子积常数(1)表达式:Kw=________________。(2)常温下:Kw=_______________。纯水中c(H+)=c(OH-)=____________________________(pH=7)。(3)影响因素:只与________有关,升高温度,Kw________。(4)适用范围:Kw不仅适用于纯水,也适用于稀的________水溶液。(5)意义:Kw揭示了在任何水溶液中均存在________和__________,只要温度不变,Kw不变。
c(H+)·c(OH-)
10-7 ml·L-1
[微点拨] (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,只是相对含量不同而已。(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-)。
(4)水的电离是吸热过程,升高温度,水的电离平衡向电离方向移动,c(H+)和c(OH-)都增大,故Kw增大,但溶液仍呈中性;对于Kw,若未注明温度,一般认为在常温下,即25 ℃。
3.水的电离平衡影响因素的定性判断
[微点拨] 水中加酸或碱对水的电离均有抑制作用,因此,在常温下,若由水电离出的c(H+)<1×10-7ml·L-1,该溶液可能显酸性,也可能显碱性。
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(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)加水稀释醋酸溶液,溶液中所有离子浓度都减小。( )[提示] 醋酸加水稀释后,H+浓度减小,由于温度不变Kw不变,OH-浓度增大。
(4)25 ℃时CH3COONa溶液的Kw大于100 ℃时NaOH溶液的Kw。( )[提示] Kw只与温度有关,温度越高Kw越大。(5)任何水溶液中均存在H+和OH-,且水电离出的c(H+)和c(OH-)相等。( )[提示] 不管温度变化还是加入促进或抑制水的电离的物质,水自身电离出的c(H+)和c(OH-)相等。
(6)某温度下,纯水中c(H+)=2.0×10-7ml·L-1,则此时c(OH-)=5×10-8ml·L-1。( )[提示] 纯水中c(H+)=c(OH-)=2×10-7ml·L-1。(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)由水电离出的c(H+)=1×10-14 ml·L-1的溶液中:Ca2+、K+、Cl-、HCO能大量共存。( )
(11)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。( )(12)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。( )(13)温度一定时,水的电离常数与水的离子积常数相等。( )(14)100 ℃的纯水中c(H+)=1×10-6 ml·L-1,此时水呈酸性。( )(15)常温下,0.1 ml·L-1的盐酸与0.1 ml·L-1的NaOH溶液中水的电离程度相等。( )
(16)向0.1 ml·L-1的醋酸中逐滴滴加NaOH溶液,水的电离程度逐渐增大。( )(17)将水加热,Kw增大,pH减小。( )(18)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 ml·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中水的电离程度始终增大。( )
A.向水中加入稀氨水,平衡逆向移动,c(OH-)降低B.向水中加入少量固体硫酸氢钠,c(H+)增大,Kw不变C.向水中加入少量CH3COOH,平衡逆向移动,c(H+)降低D.将水加热,Kw增大,c(H+)不变
3.(1)某温度下纯水的c(H+)=2×10-7ml·L-1,则此时c(OH-)为_____________________________;若温度不变,滴入稀盐酸使c(H+)=5×10-4 ml·L-1,则溶液中c(OH-)为__________________________,由水电离产生的c(H+)为_________________________,此时温度________(填“高于”“低于”或“等于”)25 ℃。
2×10-7 ml·L-1
8×10-11 ml·L-1
(2)甲同学认为,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,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。
(3)Kw=c(H+)·c(OH-),其中H+和OH-一定是由水电离出来吗?[提示] 不一定,如酸溶液中H+由酸和水电离产生,碱溶液中OH-由碱和水电离产生,只要是水溶液必定有H+和OH-,当溶液浓度不大时,总有Kw=c(H+)·c(OH-)。
微考点1 外界条件对水的电离的影响(1)(2023·山东济南检测)下列因素能影响水的电离平衡,且能使水的电离平衡向右移动的是( )
[解析] 醋酸电离得到氢离子,增大了氢离子浓度,抑制了水电离,水的电离平衡向左移动,A错误;增大OH-的浓度,抑制了水电离,水的电离平衡向左移动,B错误;水的电离是吸热过程,升高温度,促进了水电离,水的电离向右移动,C正确;NaHSO4电离产生了氢离子,增大了氢离子浓度,抑制了水电离,水的电离平衡向左移动,D错误。
〔对点集训1〕 (1)(2023·湖南长沙检测)《科学》杂志评出10大科技突破,其中“火星上找到水的影子”名列第一,下列关于水的说法中正确的是( )A.水的电离过程需要通电B.加入电解质一定会破坏水的电离平衡C.pH=7的水一定呈中性D.升高温度,纯水的pH变小
[解析] 水的电离不需要通电,故A错误;不是所有的电解质都能破坏水的电离平衡,故B错误;在100 ℃时,纯水的pH=6,呈中性,该温度下pH=7时溶液呈碱性,温度未知,不能根据pH大小判断溶液酸碱性,故C错误;升高温度,纯水的电离度增大,c(H+)增大,pH变小,故D正确。
(2)(2023·山东滨州检测)人们通常认为水是不导电的,但用精密仪器测定时,发现水有微弱的导电性,表明水是极弱的电解质。下列有关水电离情况的说法正确的是( )A.相同温度下,pH相同的烧碱溶液与纯碱溶液,水的电离程度相同B.25 ℃,pH=9的烧碱溶液与pH=9的纯碱溶液水电离出的c(H+)之比为1041C.其他条件不变,稀释氢氧化钠溶液,水的电离程度减小D.其他条件不变,温度升高,水的电离程度增大,Kw增大
[解析] 酸或碱抑制水的电离,强酸弱碱盐、强碱弱酸盐、弱酸弱碱盐均能促进水的电离,NaOH是强碱,抑制水的电离,Na2CO3是强碱弱酸盐,促进水的电离,所以两溶液中水的电离程度不同,A项错误;pH=9的NaOH溶液中c(H+)=10-9 ml·L-1,推出由水电离出的c水(H+)=c(H+)=10-9 ml·L-1,pH=9的Na2CO3溶液中OH-全部来自水的电离,由水电离出的c水(H+)=c水(OH-)=10-5 ml·L-1,则比值为10-9 ml·L-1:10-5 ml·L-1=1:104,B项错误;NaOH抑制水的电离,其他条件不变,稀释氢氧化钠溶液,其对水电离的抑制程度降低,所以水的电离程度增大,C项错误;温度升高,水的电离程度增大,c(OH-)和c(H+)增大,Kw增大,D项正确。
微考点2 水的电离平衡曲线分析 (1)(2023·山东潍坊检测)水的电离平衡曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.图中五点Kw间的关系:b>c>a=d=eB.若从a点到d点,可采用在水中加入少量酸的方法C.若从a点到c点,可采用温度不变时在水中加入适量NH4Cl固体的方法D.若处在b点时,将pH=2的硫酸与pH=10的KOH溶液等体积混合后,溶液显中性
[解析] 水的电离过程是吸热过程,温度越高,电离程度越大,电离产生的离子浓度越大,Kw越大,同一温度下的Kw相同。a、d、e都处于25 ℃时,Kw相等,温度b点>c点,c(H+)和c(OH-)越大,Kw越大,故图中五点Kw间的关系:b>c>a=d=e,A正确;从a点到d点,溶液中c(H+)增大,而c(OH-)减小,由于温度不变,所以采取的措施是向水中加入少量酸,B正确;若从a点到c点,c(H+)和c(OH-)都变大,Kw也增大,只能采取升高温度的方法,C错误;若处在b点时,pH=2的硫酸,c(H+)=10-2 ml·L-1,pH=10的KOH中c(OH-)=10-2 ml·L-1,二者等体积混合时,恰好发生中和反应,溶液显中性,D正确。
(2)(2023·河北邯郸模拟)在不同温度下,水溶液中pH和pOH的关系如图所示,已知pH=-lg c(H+),pOH=-lg c(OH-)。下列说法一定正确的是( )A.水的电离程度,B>A>DB.1 ml·L-1 Na2SO4溶液不可能处于B点C.向C点水溶液中通入HCl,则C点变为E点D.0.1 ml·L-1 NaHA溶液的pH和pOH的关系如图中E点所示,此时溶液中离子的物质的量浓度关系:c(HA-)>c(A2-)>c(H2A)
〔对点集训2〕 (1)(2023·山东滨州检测)某温度下,向一定体积0.1 ml·L-1氨水中逐滴加入相同浓度的盐酸,溶液中pH与pOH的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )A.此温度下,水的离子积常数为1.0×10-2a
(2)如图三条曲线表示不同温度下水的离子积常数,下列说法不正确的是( )A.图中温度:T3>T2>T1B.图中pH关系:pH(B)=pH(D)=pH(E)C.图中五点Kw间的关系:E>D>A=B=CD.C点可能是显酸性的盐溶液
[解析] 水的电离是吸热过程,升高温度促进水电离,则水中c(H+)、c(OH-)及离子积常数都增大,根据题图知,离子积常数:T3>T2>T1,所以温度:T3>T2>T1,A项正确;B、D、E三点溶液的氢离子浓度相等,则pH相等,B项正确;温度高低顺序是A=B=C
微考点3 水电离的H+或OH-浓度求算(2023·天津模拟)25 ℃时,浓度均为0.01 ml·L-1的氢氧化钠和盐酸溶液中由水电离的H+浓度之比是( )A.无法确定 B.1:1C.1012:1 D.1:1012
〔对点集训3〕 25 ℃时,在等体积的①pH=0的H2SO4溶液、②0.05 ml·L-1的Ba(OH)2溶液、③pH=10的Na2S溶液、④pH=5的NH4NO3溶液中,发生电离的水的物质的量之比是( )A.1:10:1010:109B.1:5:(5×109):(5×108)C.1:20:1010:109D.1:10:104:109
考点二 溶液的酸碱性与pH
1.溶液的酸碱性(1)溶液的酸碱性取决于溶液中______________和________________的相对大小。
(2)将“>”“=”或“<”填在下表空格中:
2.溶液的pH(1)定义式:pH=_______________。(2)溶液的酸碱性与pH的关系(25 ℃)。
3.pH的测定(1)pH试纸:迅速测定溶液的pH。常用的pH试纸有广泛pH试纸和精密pH试纸,广泛pH试纸可以识别的pH差约为______。pH试纸的使用方法如下:①测定溶液的pH:把小片试纸放在__________(或玻璃片)上,用洁净干燥的__________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______________对比即可确定溶液的pH。
②检验气体的酸碱性:先把试纸________,粘在__________的一端,再送到盛有待测气体的容器口附近,观察颜色的变化,判断气体的性质。(2)pH计:精密测量溶液的pH。.
[微点拨] ①pH试纸不能伸入试液中。②pH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。③广泛pH试纸只能测出整数值(不精确),该数不会出现小数。④pH试纸不能测定氯水的pH,因为氯水呈酸性的同时呈现强氧化性(漂白性)。
4.(此题为重题学生书中已删除)常用酸碱指示剂及其变色范围
4.溶液pH的计算(1)单一溶液pH的计算①强酸溶液,如HnA,设溶液物质的量浓度为c ml·L-1,c(H+)=________________________,pH=-lg c(H+)=________________。
(4)强酸与强碱混合后pH的计算强酸与强碱混合的实质是发生了中和反应,即H++OH-===H2O,中和后常温下溶液的pH有以下三种情况:①若恰好中和,pH=7。②若酸剩余,先求中和后剩余的c(H+),再求pH。③若碱剩余,先求中和后剩余的c(OH-),再通过Kw求出c(H+),最后求pH。
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)pH<7的溶液一定呈酸性。( )[提示] 25 ℃时,pH=7为中性,pH<7为酸性,温度升高后pH<7不一定显酸性。(2)溶液的酸性越强,pH越小,溶液的碱性越强,pH越大。( )[提示] pH=-lg c(H+),pH越小酸性越强,pH越大碱性越强。
(3)用广泛pH试纸测得某溶液的pH为3.4。( )[提示] 广泛pH试纸只能测出整数值。(4)用湿润的pH试纸测定盐酸和醋酸溶液的pH,醋酸溶液的误差更大。( )[提示] 用湿润的pH试纸测定pH相当于稀释溶液,醋酸存在电离平衡,稀释促进电离,误差更小。(5)室温下,pH=12的NaOH溶液和pH=2的醋酸溶液等体积相混合后,混合液呈中性。( )[提示] 醋酸浓度远大于NaOH浓度,混合液中含有大量醋酸,溶液呈酸性。
(6)某溶液的c(H+)>10-7ml·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)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。( )(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)某溶液的pH=7,该溶液一定显中性。( )(12)pH减小,溶液的酸性一定增强。( )(13)一定温度下,pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1。( )(14)pOH=-lg[OH-],常温下溶液中的pH+pOH=14,正常人的血液pH=7.3,则正常人血液(人的体温高于室温)的pOH等于6.7。( )(15)用广泛pH试纸测得某溶液的pH为3.4,用pH计测得某溶液的pH为7.45。( )
(16)用湿润的pH试纸测溶液的pH,一定影响测量结果。( )(17)pH试纸测定氯水的pH为2。( )(18)c(OH-)>1×10-7 ml·L-1某电解质溶液一定是碱性溶液。( )[提示] 温度影响水的电离,温度升高,水的电离程度增大,不能判断c(OH-)>1×10-7 ml·L-1的溶液中c(OH-)与c(H+)的关系。(19)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。( )[提示] 没有说明酸和碱的强弱,无法判断所得溶液的pH。
(2)取浓度相同的NaOH和HCl溶液,以32体积比相混合,所得溶液的pH等于12,则原溶液的浓度为____________________________。
0.05 ml·L-1
(3)计算25 ℃时下列溶液的pH:①1 mL pH=2的H2SO4加水稀释至100 mL,pH=______;②0.001 ml·L-1的盐酸,pH=______;③0.01 ml·L-1的NaOH溶液,pH=________;④0.015 ml·L-1的硫酸与0.01 ml·L-1的NaOH等体积混合,混合溶液的pH=______。
3.(1)判断下列溶液的酸碱性:用“酸性”“碱性”“中性”或“不确定”填空①pH<7的溶液__________。②pH=7的溶液__________。③c(H+)=c(OH-)的溶液________。④c(H+)=1×10-7 ml·L-1的溶液__________。⑤c(H+)>c(OH-)的溶液________。⑥0.1 ml·L-1的NH4Cl溶液________。⑦0.1 ml·L-1的NaHCO3溶液________。⑧0.1 ml·L-1的NaHSO3溶液________。
(2)①pH=7的溶液一定是中性溶液吗?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?③若已知某溶液中c(H+)>c(OH-),该溶液是否一定为酸性?[提示] ①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。②pH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只要c(H+)>c(OH-),溶液一定呈酸性。
(3)使用pH试纸测溶液pH时,若先用蒸馏水润湿,测量结果一定偏小吗?原因是什么?[提示] 不一定。先用蒸馏水润湿,相当于将待测液稀释了,若待测液为碱性溶液,则所测结果偏小;若待测液为酸性溶液,则所测结果偏大;若待测液为中性溶液,则所测结果没有误差。
微考点1 溶液酸碱性的判断及应用(1)(2023·山东省实验中学检测)大多数植物可以在pH为5.5~6.5之间的土壤中生长,但洋蓟更喜欢pH为6.5~7.5的土壤。室温下,下列混合溶液的pH一定小于7的是( )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的醋酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合D.pH=3的硫酸和pH=11的氨水等体积混合
[解析] pH=3的盐酸中c(H+)=1×10-3 ml·L-1,pH=11的氨水中c(OH-)=1×10-3 ml·L-1,由于氨水为弱碱溶液,在室温下等体积混合后,则氨水过量,pH>7,A错误;pH=3的盐酸中c(H+)=1×10-3 ml·L-1,pH=11的氢氧化钡溶液中c(OH-)=1×10-3 ml·L-1,酸碱都是强电解质,在室温下等体积混合后,pH=7,B错误;pH=3的醋酸中c(H+)=1×10-3 ml·L-1,pH=11的氢氧化钡溶液中c(OH-)=1×10-3 ml·L-1,由于醋酸为弱酸,在室温下等体积混合后,则醋酸过量,pH<7,C正确,pH=3的硫酸中c(H+)=1×10-3 ml·L-1,pH=11的氨水中c(OH-)=1×10-3 ml·L-1,由于氨水为弱碱溶液,在室温下等体积混合后,则氨水过量,pH>7,D错误。
(2)(2023·湖南怀化高三期中)已知温度T时水的离子积常数为Kw,该温度下,将浓度为a ml·L-1的一元酸HA溶液与b ml·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=bB.混合溶液的pH=7
D.混合溶液中,c(H+)+c(B+)=c(OH-)+c(A-)
〔对点集训1〕 (1)(2023·湖南雅礼中学月考)下列说法正确的是( )A.pH减小,溶液的酸性一定增强B.25 ℃时,在pH=4的盐酸和醋酸溶液中,由水电离出的H+浓度不相等C.25 ℃时,pH=9和pH=11的NaOH溶液等体积混合后(忽略体积变化),溶液的pH=10D.25 ℃时,pH=3.6的某橙汁中的c(H+)是pH=5.6的某西瓜汁中的c(H+)的100倍
[解析] pH减小,溶液的酸性不一定增强,如常温下的NaCl溶液,加热后水的电离程度增大,溶液中的c(H+)增大,pH减小,但溶液仍呈中性,A错误;25 ℃时,在pH=4的盐酸和醋酸溶液中,水的电离受到相同程度的抑制,由水电离出的H+浓度均为1×10-10 ml·L-1,B错误;25 ℃时,pH=9和pH=11的NaOH溶液等体积混合,溶液中的
(2)(2003·浙江检测)下列说法不正确的是( )A.2.0×10-7 ml·L-1的盐酸中c(H+)=2.0×10-7 ml·L-1B.将KCl溶液从常温加热至80 ℃,溶液的pH变小,但仍保持中性C.常温下,NaCN溶液呈碱性,说明HCN是弱电解质D.常温下,pH为3的醋酸溶液中加入醋酸钠固体,溶液pH增大
[解析] 盐酸的浓度为2.0×10-7 ml·L-1,完全电离,接近中性,溶剂水电离出的氢离子浓度的数量级与溶质HCl电离的氢离子浓度相差不大,则计算氢离子浓度时,不能忽略水中的氢离子浓度,其数值应大于2.0×10-7 ml·L-1,A错误;KCl溶液为中性溶液,常温下pH=7,加热到80 ℃时,水的离子积常数Kw增大,对应溶液的氢离子浓度随温度升高会增大,pH会减小,但溶液溶质仍为KCl,则仍呈中性,
2 常温下,已知pH之和的酸、碱溶液等体积混合所得溶液的酸碱性分析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,一元强酸溶液和一元弱碱溶液等体积混合呈碱性;一元强碱溶液和一元弱酸溶液等体积混合呈酸性。
微考点2 溶液的pH的相关计算(1)(2023·山东济南检测)室温时,将x mL pH=a的稀KOH溶液与y mL pH=b的稀硝酸充分反应。下列关于反应后溶液pH的判断,正确的是( )A.若x=y,且a+b=14,则pH>7B.若10x=y,且a+b=13,则pH=7C.若ax=by,且a+b=13,则pH=7D.若x=10y,且a+b=14,则pH>7
(2)(2023·山东泰安检测)常温下,关于溶液稀释的说法正确的是( )A.将1 L 0.1 ml·L-1 Ba(OH)2溶液加水到体积为2 L,pH=13
〔对点集训2〕 (1)(2023·浙江杭州模拟)下列说法不正确的是( )A.0.1 ml·L-1氨水的pH=a,将此溶液稀释1倍后,溶液pH=b,则a>bB.室温下1 mL pH=13的NaOH溶液与100 mL盐酸混合后溶液pH=7,则盐酸的pH=3C.纯水加热到100 ℃时,水的离子积变大、pH变小、呈中性D.相同温度下,pH相同的Na2CO3和Na2SO3溶液中,水电离程度较大的是Na2CO3溶液
(2)25 ℃时将pH=3的H2SO4与pH=12的NaOH溶液混合(忽略混合时溶液体积变化),所得溶液pH=10,则强酸与强碱的体积比是( )A.1:9 B.9:1C.1:11 D.11:1
(3)(2023·河北衡水检测)已知水在25 ℃和95 ℃时的电离平衡曲线如图所示:①25 ℃时水的电离平衡曲线应为______(填“A”或“B”)。②95 ℃时水的离子积Kw=________________。
③25 ℃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溶液的体积比为____________。④95 ℃时,若100 mL pH1=a的某强酸溶液与1 mL pH2=b的某强碱溶液混合后,所得溶液呈中性,则混合前,该强酸的pH1与强碱的pH2之间应满足的关系是______________________________________。
pH1+pH2=14或a+b=14
[解析] ①曲线A条件下Kw=c(H+)×c(OH-)=10-7×10-7=10-14,曲线B条件下c(H+)=c(OH-)=10-6 ml·L-1,Kw=c(H+)·c(OH-)=10-12;水的电离是吸热过程,加热促进电离,所以A曲线代表25 ℃时水的电离平衡曲线;②由图像可知,95 ℃时,水中氢离子的浓度为1×10-6 ml·L-1,氢氧根离子的浓度为1×10-6 ml·L-1,则Kw=1×10-12;
③25 ℃时所得混合溶液的pH=7,溶液呈中性即酸碱恰好中和,即n(OH-)=n(H+),则V(NaOH)·10-5 ml·L-1=V(H2SO4)·10-4 ml·L-1,得V(NaOH):V(H2SO4)=10:1;④强酸的pH1=a,强碱的pH2=b,由95 ℃时,若100体积的某强酸溶液与l体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性,即n(OH-)=n(H+),则100×10-a=1×10b-12,102-a=10b-12,即2-a=b-12,则a+b=14或pH1+pH2=14。
[微点拨] pH计算口诀与步骤口诀:酸按酸(H+),碱按碱(OH-),酸碱中和求过量,无限稀释7为限。步骤:
考点三 酸碱中和滴定
2.酸碱中和滴定的关键(1)准确测定参加反应的酸、碱溶液的________。(2)选取适当指示剂,准确判断____________。常用酸碱指示剂及变色范围
3.强酸与强碱的中和滴定实验用品(1)仪器:图(A)是________滴定管,图(B)是________滴定管,滴定管夹、铁架台、__________
(2)试剂①标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。②指示剂的选择根据滴定终点的酸碱性选择指示剂:滴定终点为碱性时,一般用________作指示剂,滴定终点为酸性时,一般用__________作指示剂。
4.实验操作以酚酞作指示剂,用标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例:(1)滴定前的准备
(3)终点判断等到滴入最后半滴标准液,溶液由______色变为______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。
[微点拨] ①酸碱恰好中和(即滴定终点)时溶液不一定呈中性,最终溶液的酸碱性取决于生成盐的性质,强酸强碱盐的溶液呈中性,强碱弱酸盐的溶液呈碱性,强酸弱碱盐的溶液呈酸性。②酸性、强氧化性的试剂一般用酸式滴定管盛装,因为酸性和强氧化性物质易腐蚀橡胶管。③滴定终点是通过指示剂颜色变化而实际控制的停止滴定的“点”,滴定终点与恰好中和越吻合,测定误差越小。
5.酸碱中和滴定曲线分析(1)强酸与强碱滴定过程中的pH曲线(以0.100 0 ml·L-1NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 ml·L-1盐酸为例)
(2)强酸(碱)滴定弱碱(酸)pH曲线比较
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(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)
(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。( )
(5)量取20.00 mL的高锰酸钾溶液应选用25 mL量筒。( )[提示] 量筒只能精确到0.1 mL,应选用25 mL酸式滴定管。(6)滴定终点就是酸碱恰好中和的点。( )[提示] 滴定终点是指指示剂变色的点,与酸碱恰好中和的点不一定一致。(7)用NaOH标准溶液滴定未知浓度的醋酸,应选用酚酞作指示剂。( )[提示] 恰好反应点溶液呈碱性,应选用在碱性范围内变色的酚酞指示剂。
(8)滴定管和锥形瓶在滴定前都应该用待装溶液润洗。( )[提示] 滴定管应该润洗,锥形瓶不应润洗。(9)若用标准盐酸溶液滴定待测NaOH溶液,滴定完成后发现酸式滴定管下悬着一滴酸液,则测定结果偏小。( )[提示] 标准液读数偏大,测定结果偏大。(10)“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。( )
(11)滴定管的读数为24.6 mL。( )(12)滴定接近终点时,滴定管的尖嘴可以接触锥形瓶内壁。( )(13)用0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液,可选用甲基橙或酚酞作指示剂。( )(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 ml·L-1盐酸达到实验目的。( )
(15)中和滴定实验中所用标准溶液越浓越好,指示剂的用量一般为2~3 mL。( )[提示] 中和滴定实验中,标准溶液越浓,误差越大,指示剂的用量一般为2~3滴。(16)利用酚酞试液作指示剂,达到滴定终点时,锥形瓶内的溶液的pH一定为7。( )[提示] 利用酚酞试液作指示剂,酚酞的变色范围为8~10,滴定终点时溶液的pH<8,但pH不一定等于7。
[提示] 酸式滴定管下端为玻璃旋塞,图示滴定管为碱式滴定管。(18)将液面在0刻度处的25 mL的酸式滴定管中的液体全部放出,液体的体积为25 mL。( )
2.滴定终点现象判断:(1)用a ml·L-1的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液,用酚酞作为指示剂,达到滴定终点的现象是__________________________________________________________________;若用甲基橙作为指示剂,滴定终点的现象是__________________________________________________________________。
滴入最后半滴标准液,溶液由粉红色刚好变为无色,且半分钟内不变色
当滴入最后半滴标准液,溶液刚好由黄色变为橙色,且半分钟内不变色
(2)用标准酸性KMnO4溶液滴定溶有SO2的水溶液,以测定水中SO2的含量,是否需要选用指示剂______(填“是”或“否”),达到滴定终点的现象是______________________________________________________________________________________________________。
当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液,溶液刚好由无色变为紫红色,且半分钟内不褪色
3.(1)现用物质的量浓度为a ml·L-1的标准NaOH溶液去滴定V mL盐酸的物质的量浓度,请填写下列空白:①碱式滴定管用蒸馏水洗净后,接下来应该进行的操作是__________________________。②用标准NaOH溶液滴定时,应将标准NaOH溶液注入______(填“甲”或“乙”)中。
用标准NaOH溶液润洗
③如图是碱式滴定管中液面在滴定前后的读数,c(HCl)=______ml·L-1。
[提示] ①碱式滴定管水洗后应用标准NaOH溶液润洗2~3次,每次润洗液都要从尖嘴处排出。②NaOH为强碱,应将NaOH溶液注入碱式滴定管中,故选乙。
(2)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,能腐蚀橡胶管,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。
微考点1 中和滴定的实验操作及误差分析(1)(2023·湖南长沙检测)室温条件下,将0.1 ml·L-1的NaOH溶液逐滴滴入10 mL 0.1 ml·L-1 HB溶液中,所得溶液pH随NaOH溶液体积的变化如图。下列说法正确的是( )A.K(HB)的数量级为10-4B.该中和滴定可采用酚酞作为指示剂C.V1=10D.b点时,NaOH与HB恰好完全反应
(2)(2023·河南洛阳模拟)称取一定量的NaOH固体放在锥形瓶内,加水配成溶液,用未知浓度的盐酸滴定(如图装置)。下列各项操作会给盐酸滴定实验造成的误差偏高的是( )A.滴定管装入盐酸前未用盐酸润洗B.开始滴定时,滴定管尖嘴处有气泡,滴定完毕气泡排出C.在滴定过程中活塞处漏液D.滴定前读数时仰视,滴定完毕读数时俯视
[解析] 滴定管中装盐酸前未用盐酸润洗相当于将待测液稀释了,导致测定结果偏低,故A错误;滴定前有气泡,滴定后无气泡,相当于待测液比实际用量多了,导致测定结果偏低,故B错误;滴定过程中漏液使读出的待测液的体积比实际消耗量多,导致测定结果偏低,故C错误;滴定前仰视,滴定后俯视读出的数据比实际值偏小,导致测定结果偏高,故D正确。
(3)(2023·山东潍坊检测)现用中和滴定测定某盐酸的浓度,有关数据记录如下表:
①实验中有石蕊和酚酞两种指示剂,该实验应选用________作指示剂。用______式滴定管盛装0.250 0 ml·L-1烧碱标准液,锥形瓶中装有25.00 mL待测盐酸溶液。②如图表示第二次滴定时50 mL滴定管中滴定前后液面的位置。该次滴定所用标准烧碱溶液体积为_________mL。
③根据所给数据,计算出该盐酸的物质的量浓度c(HCl)=_____________________。④下列操作引起什么误差(填“偏大”“偏小”或“不影响”)。A.摇动锥形瓶时溶液溅出________。B.滴定前滴定管中有气泡,滴定后气泡消失________。C.锥形瓶未干燥有水__________。D.滴定终点俯视________。
0.246 0 ml·L-1
读数引起的误差俯视和仰视的误差,要结合具体仪器进行分析,不同量器的刻度顺序不同,如量筒刻度从下到上逐渐增大;滴定管刻度从下到上逐渐减小。(1)如图a,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。
(2)如图b,当用滴定管测量液体的体积时,由于仰视视线向上倾斜,寻找切点的位置在液面的下侧,因滴定管刻度标法与量筒不同,这样仰视读数偏大。
〔对点集训1〕 (1)(2023·湖北武汉联考)某同学想了解食用白醋(主要是醋酸的水溶液)的准确浓度,现从市场上买来一瓶某品牌食用白醋,用实验室标准NaOH溶液(浓度有0.100 0 ml·L-1和0.010 0 ml·L-1两种)对其进行滴定。下列说法正确的是( )A.该实验应选用甲基橙作指示剂B.用0.100 0 ml·L-1标准NaOH溶液滴定时误差更小C.准确量取一定体积的白醋放入洗净的锥形瓶中后,可以再加少量蒸馏水后开始滴定D.滴定时,眼睛一直注视着刻度线,以防止液面下降到滴定管最大刻度以下
[解析] 该实验滴定终点生成醋酸钠,醋酸钠水解使溶液呈碱性,应选用酚酞作指示剂,故A错误;由于白醋中醋酸浓度较小,用浓度较小的氢氧化钠溶液滴定误差较小,故B错误;准确量取一定体积的白醋放入洗净的锥形瓶中后,可以再加少量蒸馏水,不影响实验结果,故C正确;滴定时,眼睛要注视锥形瓶中溶液颜色的变化,故D错误。
(2)(2023·湖南娄底春元中学月考)现用0.200 0 ml·L-1 NaOH溶液滴定未知浓度的醋酸溶液,取25.00 mL醋酸溶液于锥形瓶中,实验结束后,测得消耗NaOH溶液的体积为15.60 mL,则下列说法正确的是( )A.滴定前,盛装醋酸溶液的锥形瓶需先用水洗,再用醋酸溶液润洗B.盛装NaOH溶液的仪器如图所示C.应使用酚酞作指示剂,当溶液由无色变为粉红色,且半分钟内不褪色,即达到滴定终点D.经计算,醋酸溶液的浓度为0.320 5 ml·L-1
[解析] 盛装醋酸溶液的锥形瓶需先用水洗,但不需要用醋酸溶液润洗,A错误;NaOH溶液应盛放在碱式滴定管中,图中为酸式滴定管,B错误;达到滴定终点生成CH3COONa,由于CH3COO-发生水解而使溶液呈碱性,选用酚酞作指示剂,达到滴定终点时,溶液由无色变为粉红色,且半分钟不褪色,C正确;据反应原理可得:c(CH3COOH)·V(CH3COOH溶液)=c(NaOH)·V(NaOH溶液),即0.200 0 ml·L-1×15.60 mL=c(CH3COOH)×25.00 mL,解得c(CH3COOH)=0.124 8 ml·L-1,D错误。
(3)(2023·湖南衡阳模拟)用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度,假设烧碱样品中的杂质(可溶于水)与酸不反应,试根据实验回答下列问题:①将准确称取的4.3 g烧碱样品配成250 mL待测液,该过程中除烧杯、玻璃棒外,还必须用到的玻璃仪器有______________________、____________。②取10.00 mL待测液,用________(填“酸式”或“碱式”)滴定管量取。
③用0.201 0 ml·L-1的标准盐酸滴定待测烧碱溶液(用酚酞作指示剂),滴定时左手旋转酸式滴定管的玻璃活塞,右手不停地摇动锥形瓶,两眼注视锥形瓶中溶液颜色的变化,直到______________________________________________,即达到滴定终点。④根据表中数据,可计算出烧碱的纯度为______________(用百分数表示,结果保留小数点后一位小数)。
溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复
⑤排去碱式滴定管中的气泡应采用操作______(填“甲”“乙”或“丙”),然后轻轻挤压玻璃球使尖嘴部分充满碱液。
⑥在该滴定实验中,下列操作(其他操作正确)会造成测定结果偏高的是__________(填字母)。A.滴定终点读数时俯视读数B.酸式滴定管水洗后未用标准盐酸润洗C.锥形瓶水洗后未干燥D.锥形瓶用蒸馏水洗后又用待测液润洗E.滴定到指示剂刚变色,摇动锥形瓶后颜色恢复,没再继续滴定F.酸式滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失
[解析] ①配制步骤有计算、称量、溶解、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀等操作,一般用托盘天平称量,用药匙取用药品,在烧杯中溶解,冷却后转移到250 mL容量瓶中,并用玻璃棒引流,当加水至液面距离刻度线1~2 cm时,改用胶头滴管滴加,所以需要的仪器为托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、250 mL容量瓶和胶头滴管,所以还需要用到的玻璃仪器有250 mL容量瓶和胶头滴管。②待测液是碱性溶液,应盛放在碱式滴定管中。③滴定时,两眼注视锥形瓶中溶液颜色的变化,以便准确判断终点的到达,若溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复,可说明达到滴定终点。
⑤碱式滴定管中排气泡的方法:把滴定管的胶头部分稍微向上弯曲,再排气泡,所以丙正确,原理是气体的密度比较小,尖嘴朝上,易于逸出。
⑥滴定终点读数时俯视读数,导致读数偏小,测定结果偏小,A错误;酸式滴定管水洗后未用标准盐酸溶液润洗,导致标准液的浓度偏低,滴定时消耗的标准液体积偏大,测定结果偏高,B正确;锥形瓶水洗后未干爆,对待测液的物质的量没有影响,不影响滴定结果,C错误;锥形瓶用蒸馏水洗后又用待测液润洗,导致待测液的物质的量偏大,消耗的标准液体积偏大,测定结果偏高,D正确;滴定到指示剂刚变色,摇动锥形瓶后颜色恢复,没再继续滴定,反应没有完全,消耗的标准液体积偏低,测定结果偏低,故E错误;碱式滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失,导致消耗的标准液的体积偏大,测定结果偏高,故F正确。
微考点2 酸碱中和滴定曲线分析(1)(2023·浙江湖州模拟)室温下,向20.00 mL 0.100 0 ml·L-1盐酸中滴加0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液,溶液的pH随NaOH溶液体积的变化如图。已知lg 5=0.7,下列说法不正确的是( )
A.NaOH与盐酸恰好完全反应时,溶液pH=7B.V(NaOH溶液)=30.00 mL时,溶液pH=12.3C.NaOH标准溶液浓度的准确性直接影响分析结果的可靠性,因此需用邻苯二甲酸氢钾标定NaOH溶液的浓度,标定时可采用甲基橙为指示剂D.选择甲基红指示反应终点,误差比甲基橙的小
(2)(2023·湖南宁远一中月考)常温下,用0.100 ml·L-1 NaOH溶液分别滴定20.00 mL 0.100 ml·L-1盐酸和HA溶液,滴定曲线如图所示。下列说法错误的是( )A.Ⅰ表示的是HA溶液的滴定曲线B.M点溶液中的c(A-)小于N点溶液中的c(Cl-)C.HA的电离平衡常数为Ka≈1.0×10-6D.曲线Ⅱ可选用甲基橙作指示剂
〔对点集训2〕 (1)(2023·天津河西区模拟)常温下,相同浓度的HX、HY溶液分别用同浓度的NaOH标准溶液滴定,滴定曲线如图所示。下列说法正确的是( )A.HX、HY起始溶液体积相同B.电离常数:K(HX)
(2)(2023·湖南检测)常温下,用0.100 0 ml·L-1的盐酸分别滴定20.00 mL浓度均为0.100 0 ml·L-1的三种一元弱酸的钠盐(NaX、NaY、NaZ)溶液,滴定曲线如图所示。下列判断错误的是( )A.该NaX溶液中:c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)B.三种一元弱酸的电离常数:Ka(HX)>Ka(HY)>Ka(HZ)C.当pH=7时,三种溶液中:c(X-)=c(Y-)=c(Z-)D.分别滴加20.00 mL盐酸后,再将三种溶液混合:c(X-)+c(Y-)+c(Z-)=c(H+)-c(OH-)
由于三种一元酸的酸性强弱不同,则向其盐溶液中加入HCl的物质的量不同,则c(X-)、c(Y-)、c(Z-)三者不相等,C判断错误;分别加入20.00 mL盐酸后,均恰好完全反应,三种溶液的溶质分别为HX与NaCl、HY与NaCl、HZ与NaCl,三种溶液混合后的溶液中存在电荷守恒c(X-)+c(Y-)+c(Z-)+c(OH-)+c(Cl-)=c(H+)+c(Na+),因为c(Na+)=c(Cl-),所以c(X-)+c(Y-)+c(Z-)=c(H+)-c(OH-),D判断正确。
2. 三种关系(1)c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性;(2)c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;(3)c(H+)
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。
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