化學新素養(yǎng)導學人教選修四講義第3章第2節(jié)課時2pH的計算及應用

課時2pH的計算及應用目標與素養(yǎng)：1.掌握單一溶液的pH計算與判斷。(證據推理與模型認知)2.掌握混合溶液的pH計算與判斷。(證據推理與模型認知)一、單一溶液的pH計算1．酸溶液(1)25℃，0.05mol·L－1的H2SO4溶液，pH為1(2)25℃，0.01mol·L－1的CH3COOH溶液pH>(3)25℃，pH＝2的H2SO4溶液的濃度為0.005mol·L－12．堿溶液(1)25℃，0.005mol·L－1的Ba(OH)2溶液pH為12(2)25℃，pH＝10的NaOH溶液的濃度為1×10－4mol·L－1(3)25℃，0.01mol·L－1的氨水中pH<二、混合溶液的pH計算1．酸溶液混合25℃，pH＝1的鹽酸與pH＝4的硫酸等體積混合，混合液的pH約為1.32．堿溶液混合25℃，pH＝13的NaOH溶液與pH＝10的Ba(OH)2溶液等體積混合，混合液的pH約為12.73．酸、堿溶液混合25℃，0.015mol·L－1的硫酸與0.01mol·L－1的NaOH等體積混合，混合溶液的pH＝21．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)c(H＋)為1.0×10－4mol·L－1的醋酸溶液的pH＝4。()(2)0.01mol·L－1某酸溶液的pH＝1。()(3)pH＝11的氨水中c(H＋)為1.0×10－11mol·L－1。()(4)pH＝3的醋酸溶液的濃度大于1.0×10－3mol·L－1。()[答案](1)√(2)×(3)√(4)√2．常溫下，計算下列溶液的pH。(1)1.0×10－3mol·L－1的鹽酸的pH為________。(2)5.0×10－4mol·L－1的H2SO4溶液的pH為________。(3)將pH＝6的鹽酸與pH＝12的NaOH溶液等體積混合，則混合溶液的pH＝________。[答案](1)3(2)3(3)11.7混合溶液的pH計算與判斷1．同性混合(1)若為酸的溶液混合，則先求c(H＋)混＝eq\f(c?H＋?1V1＋c?H＋?2V2,V1＋V2)?再求pH。(2)若為堿的溶液混合，則先求c(OH－)混＝eq\f(c?OH－?1V1＋c?OH－?2V2,V1＋V2)?再求c(H＋)＝eq\f(KW,c?OH－?混)?最后求pH。2．異性混合(1)若酸過量，則先求c(H＋)過＝eq\f(c?H＋?酸V酸－c?OH－?堿V堿,V酸＋V堿)?再求pH。(2)若堿過量，則先求c(OH－)過＝eq\f(c?OH－?堿V堿－c?H＋?酸V酸,V酸＋V堿)?再求c(H＋)＝eq\f(KW,c?OH－?過)?最后求pH。模型認知：中和反應后溶液pH的判定思路(1)酸與堿的pH之和為14，等體積混合常溫時eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(若為強酸與強堿，則pH＝7,若為強酸與弱堿，則pH>7,若為弱酸與強堿，則pH<7))規(guī)律：誰弱誰過量，誰弱顯誰性。(2)等體積強酸(pH1)和強堿(pH2)混合常溫時eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(若pH1＋pH2＝14，則溶液呈中性，pH＝7,若pH1＋pH2>14，則溶液呈堿性，pH>7,若pH1＋pH2<14，則溶液呈酸性，pH<7))【典例】室溫時，將xmLpH＝a的稀NaOH溶液與ymLpH＝b的稀鹽酸充分反應。下列關于反應后溶液pH的判斷，正確的是()A．若x＝y(tǒng)，且a＋b＝14，則pH＞7B．若10x＝y(tǒng)，且a＋b＝13，則pH＝7C．若ax＝by，且a＋b＝13，則pH＝7D．若x＝10y，且a＋b＝14，則pH＞7D[eq\f(n?OH－?,n?H＋?)＝eq\f(c?OH－?·xmL,c?H＋?·ymL)＝eq\f(x,y)·eq\f(10a－14,10－b)＝eq\f(x,y)·10a＋b－14。若a＋b＝14，x＝y(tǒng)，則n(OH－)＝n(H＋)，pH＝7，A項錯誤；若a＋b＝13,10x＝y(tǒng)，則eq\f(n?OH－?,n?H＋?)＝eq\f(x,y)·10a＋b－14＝eq\f(1,100)，溶液呈酸性，pH＜7，B項錯誤；若ax＝by且a＋b＝13，則eq\f(n?OH－?,n?H＋?)＝eq\f(x,y)·10a＋b－14＝eq\f(b,10a)＜1(a＞b)，故pH＜7，C項錯誤；若x＝10y，且a＋b＝14，則eq\f(n?OH－?,n?H＋?)＝10，pH＞7，D項正確。]若題中充分反應后，溶液為中性，x、y、a、b的關系式為______________________。[答案]x×10－14＋a＝y(tǒng)×10－b(或eq\f(x,y)＝1014－a－b)1．已知在100℃時水的離子積KW＝1×10－12，下列溶液的溫度均為100A．0.005mol·L－1的H2SO4溶液，pH＝2B．0.005mol·L－1的H2SO4溶液與0.01mol·L－1的NaOH溶液等體積混合，混合溶液的pH為6，溶液顯酸性C．pH＝3的H2SO4溶液與pH＝9的NaOH溶液完全中和需要NaOH溶液的體積是硫酸溶液的2倍D．pH＝4的鹽酸與pH＝8的氨水等體積混合后pH＝6A[A項，0.005mol·L－1的H2SO4溶液中，c(H＋)＝0.005mol·L－1×2＝0.01mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝－lg0.01＝2。此計算與KW值無關，不要受KW＝1×10－12的干擾，正確；B項，0.005mol·L－1的H2SO4溶液與0.01mol·L－1的NaOH溶液等體積混合，溶液呈中性，pH＝6，錯誤；C項，pH＝3的H2SO4溶液c(H＋)＝10－3mol·L－1，pH＝9的NaOH溶液c(OH－)＝10－3mol·L－1，二者完全中和，需要溶液的體積相等，錯誤；D項，等體積混合，氨水過量，顯堿性，pH>6，錯誤。]2．在25℃時，有pH為x的鹽酸和pH為y的NaOH溶液，取VxL該鹽酸同該NaOH溶液中和，需Vy(1)若x＋y＝14，eq\f(Vx,Vy)＝________(填數(shù)值)。(2)若x＋y＝13，eq\f(Vx,Vy)＝________(填數(shù)值)。(3)若x＋y>14，eq\f(Vx,Vy)＝______(表達式)，且Vx______Vy(填“>”“<”或“＝”)(題中x≤6，y≥8)。[解析]Vx·10－x＝Vy·10－(14－y)，eq\f(Vx,Vy)＝eq\f(10－?14－y?,10－x)＝10(x＋y－14)。(1)若x＋y＝14，則eq\f(Vx,Vy)＝1。(2)若x＋y＝13，則eq\f(Vx,Vy)＝eq\f(1,10)。(3)當x＋y>14時，根據eq\f(Vx,Vy)＝10x＋y－14，Vx>Vy。[答案](1)1(2)eq\f(1,10)(3)10(x＋y－14)>常溫下，強酸?pH1?與強堿?pH2?混合呈中性時，二者的體積關系有如下規(guī)律：①若pH1＋pH2＝14，則V酸＝V堿。②若pH1＋pH2≠14，則eq\f(V酸,V堿)＝10pH1＋pH2－14。酸、堿液稀釋的定量分析1．a、b為pH相等的NaOH溶液和氨水，c、d為pH相等的鹽酸和醋酸。對于該圖像，要深刻理解以下4點：(1)對于pH＝y(tǒng)的強酸溶液稀釋時，體積每增大10n倍，pH就增大n個單位，即pH＝y(tǒng)＋n；對于pH＝y(tǒng)的弱酸溶液來說，體積每增大10n倍，pH增大不足n個單位，即pH<y＋n；無論怎樣稀釋，酸溶液的pH不能等于或大于7，只能趨近于7。(2)對于pH＝x的強堿溶液稀釋時，體積每增大10n倍，pH就減小n個單位，即pH＝x－n；對于pH＝x的弱堿溶液來說，體積每增大10n倍，pH減小不足n個單位，即pH>x－n；無論怎樣稀釋，堿溶液的pH不能等于或小于7，只能趨近于7。(3)加水稀釋相同倍數(shù)后的pH大?。喊彼?gt;NaOH溶液，鹽酸>醋酸。(4)稀釋后的pH仍然相等，則加水量的多少：氨水>NaOH溶液，醋酸>鹽酸。2．體積相同、濃度相同的鹽酸與醋酸加水稀釋圖像如圖若稀釋相同倍數(shù)，二者濃度仍相同，仍然是鹽酸的pH小，但差變小。注意：不論怎樣稀釋，酸溶液的pH不能等于或大于7，堿溶液的pH不能等于或小于7，都只能趨近于7。3．某溫度下，相同pH的鹽酸和醋酸溶液分別加水稀釋，pH隨溶液體積變化的曲線如圖所示。據圖判斷正確的是()A．Ⅱ為鹽酸稀釋時pH變化曲線B．b點溶液的導電性比c點溶液的導電性強C．a點KW的數(shù)值比c點KW的數(shù)值大D．b點酸溶液的總濃度大于a點酸溶液的總濃度B[由圖示稀釋相同倍數(shù)，pH變化大的是鹽酸，故Ⅰ為鹽酸稀釋時pH變化曲線，A錯；b點比c點pH小，故b點c(H＋)大，導電性：b>c，B正確；C項，溫度不變，KW不變，故C錯；D項，相同pH值的鹽酸和醋酸溶液，醋酸濃度遠大于鹽酸濃度，稀釋到相同體積時，醋酸(Ⅱ)濃度大于鹽酸(Ⅰ)濃度，D錯。]4．常溫下，關于溶液的稀釋下列說法正確的是()A．pH＝3的醋酸溶液稀釋100倍，pH＝5B．若1mLpH＝1的鹽酸與100mLNaOH溶液混合后，溶液的pH＝7，則NaOH溶液的pH＝11C．將1L0.1mol·L－1的Ba(OH)2溶液稀釋為2L，pH＝12D．pH＝8的NaOH溶液稀釋100倍，其pH＝6B[A項，pH＝3的醋酸溶液在稀釋過程中電離平衡正向移動，稀釋100倍時，3＜pH＜5；B項，pH＝7，則1×10－3Lmol·L－1＝0.1L×c(OH－)，c(OH－)＝1×10－3mol·L－1，pH＝14－3＝11；C項，0.1mol·L－1Ba(OH)2溶液稀釋到2L時，c(OH－)＝eq\f(0.2,2)mol·L－1＝0.1mol·L－1，c(H＋)＝1×10－13mol·L－1，pH＝13；D項，NaOH溶液是堿溶液，無論怎么稀釋，pH在常溫下不可能成為6，只能無限接近于7。]1．在室溫下，等體積的酸和堿的溶液混合后，pH一定大于7的是()A．pH＝3的硝酸跟pH＝11的氫氧化鉀溶液B．pH＝3的鹽酸跟pH＝11的氨水C．pH＝3硫酸跟pH＝11的氫氧化鈉溶液D．pH＝3的磷酸跟pH＝11的氫氧化鉀溶液B[A、C兩項中都是強酸與強堿中和，等體積混合時酸溶液中氫離子的物質的量和堿溶液中氫氧根離子的物質的量相等，即pH強酸＋pH強堿＝14，恰好完全中和，pH＝7；B項，pH強酸＋pH弱堿＝14，混合后堿過量，pH>7；D項，pH弱酸＋pH強堿＝14，混合后酸過量，pH<7。]2．常溫下，若1體積硫酸與2體積pH＝11的氫氧化鈉溶液混合后的溶液的pH＝3(混合后體積變化不計)，則二者物質的量濃度之比應為()A．5∶1 B．5∶2C．1∶5 D．2∶5B[H2SO4＋2NaOH=Na2SO4＋2H2O，設硫酸的物質的量濃度為cmol·L－1，體積為VL，氫氧化鈉溶液濃度為10－3mol·L－1，體積為2VL，混合后pH＝3，即c(H＋)＝eq\f(2cV－10－3×2V,3V)mol·L－1＝10－3mol·L－1，解得c＝eq\f(5,2)×10－3，則二者物質的量濃度之比應為5∶2，B項正確。]3．有關常溫下pH均為3的硫酸和醋酸溶液的說法正確的是()A．分別加水稀釋100倍后，硫酸溶液的pH變化比醋酸溶液小B．兩種溶液中，由水電離出的c(H＋)＝1×10－11mol·L－1C．與pH＝11的NaOH溶液等體積混合后，都恰好中和D．分別加入足量鋅片充分反應后，兩溶液中產生的氫氣的量一樣多B[A項，稀釋100倍，強酸ΔpH＝2，弱酸ΔpH<2，錯誤；C項，與醋酸溶液反應時，醋酸過量，錯誤；D項，未指明溶液體積，產生H2的量不確定，錯誤。]4．室溫下，有一pH為12的NaOH溶液100mL，如果在忽略溶液混合時的體積變化下將其pH降為11，則：(1)若用蒸餾水應加入________mL；(2)若用pH＝10的NaOH溶液，應加入______mL；(3)若用pH＝2的鹽酸，應加入________mL；(4)若用0.01mol·L－1硫酸，應加入________mL。[解析](1)由c(OH－)稀釋＝10－3mol·L－1＝eq\f(10－2mol·L－1×0.1L,0.1L＋V?H2O?)，得V(H2O)＝0.9L＝900mL。(2)設加入pH＝10的NaOH溶液的體積為x，c(OH－)＝10－3mol·L－1＝eq\f(10－2mol·L－1×0.1L＋10－4mol·