内容正文:
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
第二节 水的电离和溶液的pH
第2课时 溶液pH的计算
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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目录
contents
Part 01 知识整合 新知探究
Part 02 等级达标 过关测试
Part 03 课时作业
第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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知识整合 新知探究
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0.05 mol·L-1
0.005 mol·L-1
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等级达标 过关测试
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【答案】 D
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课时作业(十三)
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第三章 水溶液中的离子反应与平衡
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学习目标
课程标准
1.能进行pH的计算。
2.理解酸碱溶液稀释后pH变化规律。
1.掌握溶液的酸碱性与pH的关系。
2.掌握检测溶液pH的方法,了解溶液pH调控的意义。
3.掌握计算溶液pH的方法。
知识点一 溶液的pH计算
1.请依据pH的定义式计算表中各溶液的pH
溶液(25 ℃)
c(H+)
pH
0.01 mol·L-1盐酸
0.01 mol·L-1
______
0.05 mol·L-1硫酸
0.1 mol·L-1
______
0.01 mol·L-1烧碱溶液
10-12 mol·L-1
______
0.5 mol·L-1 Ba(OH)2溶液
10-14 mol·L-1
______
2.25 ℃时,pH=1的硫酸溶液的浓度是__________________,pH=12的氢氧化钡溶液的浓度是__________________。
3.pH=2的盐酸与pH=4的硫酸,若按1∶10的体积比混合
(1)混合后溶液的c(H+)是多少?
提示 eq \f(10-2×1+10-4×10,11)=1×10-3 mol·L-1。
(2)混合后溶液的pH是多少?
提示 pH=-lg(1×10-3)=3。
4.常温下,将200 mL 5×10-3 mol·L-1 NaOH溶液与100 mL 2× 10-2 mol·L-1 NaOH溶液混合
(1)混合后溶液的c(OH-)是多少?
提示 c(OH-)=eq \f(200×5×10-3+100×2×10-2,200+100) mol·L-1=1×10-2 mol/L。
(2)混合后溶液的pH是多少?
提示 c(H+)=1×10-12 mol/L,pH=12。
5.常温下,pH=12的NaOH溶液与pH=2的硫酸
(1)若等体积混合后,溶液的pH是多少?
提示 NaOH溶液中c(OH-)=1×10-2 mol/L,硫酸中c(H+)=1× 10-2mol/L,故等体积两者恰好完全反应,则pH=7。
(2)若按9∶11的体积比混合后,溶液的pH是多少?
提示 c(H+)=eq \f(11×1×10-2-9×1×10-2,11+9) mol/L=1×10-3 mol/L,则pH=3。
(3)若按11∶9的体积比混合后,溶液的pH是多少?
提示 c(OH-)=eq \f(11×10-2-9×10-2,11+9) mol/L=1×10-3 mol/L,c(H+)=1×10-11 mol/L,则pH=11。
1.溶液pH计算的基本流程
2.强酸、强碱混合后溶液pH的计算
溶液类型
相关计算
两种强酸混合
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\co1(强酸:c1H+,强酸:c2H+))⇒c(H+)=eq \f(c1H+V1+c2H+V2,V1+V2)⇒pH
巧记:若pH之差≥2的两种强酸等体积混合,pH=pH小+0.3
两种强碱混合
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\co1(强碱:c1OH-,强碱:c2OH-))⇒c(OH-)=eq \f(c1OH-V1+c2OH-V2,V1+V2)
⇒c(H+)=eq \f(Kw,cOH-)⇒pH
巧记:若pH之差≥2的两种强碱等体积混合,pH=pH大-0.3
酸碱混合
恰好完全反应呈中性
pH=7
酸过量
c(H+)=eq \f(c1H+V1-c2OH-V2,V1+V2)⇒pH
碱过量
c(OH-)=eq \f(c2OH-V2-c1H+V1,V1+V2)⇒c(H+)=eq \f(Kw,cOH-)⇒pH
3.酸碱发生中和反应后溶液pH的判断技巧
(1)等体积强酸(pH1)和强碱(pH2)混合
eq \a\vs4\al(室,温,时)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(若pH1+pH2=14,则溶液呈中性,pH=7,若pH1+pH2>14,则溶液呈碱性,pH>7,若pH1+pH2<14,则溶液呈酸性,pH<7))
(2)强酸(pH1)与强碱(pH2)混合呈中性时,二者的体积与pH的关系为eq \f(V酸,V碱)=,则有如下规律
①若pH1+pH2=14,则eq \f(V酸,V碱)=1∶1。
②若pH1+pH2>14,则eq \f(V酸,V碱)=∶1。
③若pH1+pH2<14,则eq \f(V酸,V碱)=。
考点一 pH的计算
1.25 ℃,将100 mL 0.14 mol/L NaOH溶液与100 mL 0.06 mol/L硫酸溶液混合,所得200 mL混合溶液的pH为( )
A.12
B.12.3
C.13
D.14
【解析】 两溶液混合后OH-过量,反应后c(OH-)=eq \f(0.014 mol-0.012 mol,0.2 L)=0.01 mol/L,根据25 ℃,水的离子积常数Kw=1×10-14可得,溶液中氢离子浓度为eq \f(1×10-14,0.01) mol/L=1×10-12 mol/L,该溶液的pH=12。
【答案】 A
2.已知在100 ℃下,水的离子积Kw=1×10-12,下列说法正确的是( )
A.0.05 mol·L-1的H2SO4溶液pH=1
B.0.001 mol·L-1的NaOH溶液pH=11
C.0.005 mol·L-1的H2SO4溶液与0.01 mol·L-1的NaOH溶液等体积混合,混合后溶液pH为6,溶液显酸性
D.完全中和pH=3的H2SO4溶液50 mL,需要pH=11的NaOH溶液50 mL
【解析】 已知在100 ℃下,水的离子积Kw=1×10-12。0.05 mol·L-1的H2SO4溶液,c(H+)=0.05 mol·L-1×2=0.1 mol·L-1,pH=-lg c(H+)=1,选项A正确;0.001 mol·L-1的NaOH溶液,c(H+)=eq \f(Kw,cOH-)=eq \f(1×10-12,0.001)=10-9 mol·L-1,pH=9,选项B错误;0.005 mol·L-1的H2SO4溶液与0.01 mol·L-1的NaOH溶液等体积混合,混合后溶液pH为6,溶液显中性,选项C错误;pH=11的NaOH溶液c(NaOH)=c(OH-)=eq \f(Kw,cH+)
=eq \f(1×10-12,10-11)=0.1 mol·L-1,故完全中和pH=3的H2SO4溶液50 mL,需要pH=11的NaOH溶液的体积为eq \f(0.001 mol·L-1×0.050 L,0.1 mol·L-1)=0.000 5 L=0.5 mL,D错误。
【答案】 A
考点二 溶液混合后pH的分析与计算
3.常温时,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】 A、D项中氨水过量,溶液呈碱性;B项中恰好完全反应,溶液呈中性;C项中醋酸过量,溶液呈酸性。
【答案】 C
4.25 ℃时,若10体积pH=a的某强酸溶液与1体积pH=b的某强碱溶液混合后溶液呈中性,则混合之前两溶液的pH之间的关系是( )
A.a+b=14
B.a+b=13
C.a+b=15
D.a+b=7
【解析】 根据混合后溶液呈中性,可得n(H+)=n(OH-),
即10-a×10=10-14+b,所以a+b=15。
【答案】 C
知识点二 溶液稀释后的pH变化规律
1.常温下,将pH=a的强酸溶液稀释10n倍后,溶液pH为多少?
提示 稀释前c(H+)=10-a mol·L-1,稀释后c(H+)=eq \f(10-a,10n)=10-(a+n) mol·L-1,所以pH=a+n(a+n<7)。
2.常温下,将pH=a的弱酸溶液稀释10n倍后,溶液pH是否为a+n?
提示 弱酸稀释后,电离平衡右移,促进电离,所以稀释后c(H+)>eq \f(10-a,10n) mol·L-1,所以pH<a+n(a+n<7)。
3.常温下,将pH=a的某酸溶液无限稀释后,溶液pH能否大于7?
提示 常温下,酸溶液无限稀释后,溶液pH接近于7且小于7。
4.常温下,将pH=b的强碱溶液稀释10n倍后,溶液pH为多少?
提示 常温下,稀释前c(OH-)=10b-14 mol·L-1,稀释后c(OH-)=eq \f(10b-14,10n)=10b-14-n mol·L-1,稀释后c(H+)=eq \f(10-14,10b-14-n)=10n-b mol·L-1,pH=b-n(b-n>7)。
5.常温下,将pH=b的弱碱溶液稀释10n倍后,溶液pH是否为b-n?
提示 弱碱稀释后,电离平衡右移,促进电离,所以稀释后c(OH-)>10b-14-n,稀释后c(H+)<10n-b,所以pH>b-n(b-n>7)。
6.常温下,将pH=b的某碱溶液无限稀释后,溶液pH能否小于7?
提示 常温下,碱溶液无限稀释后,溶液pH都接近于7且大于7。
1.酸碱稀释后溶液pH的计算
(1)强酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则pH=a+n。
(2)弱酸溶液:
pH=a,加水稀释10n倍,则a<pH<a+n。
(3)强碱溶液:
pH=b,加水稀释10n倍,则pH=b-n。
(4)弱碱溶液:
pH=b,加水稀释10n倍,则b-n<pH<b。
(5)室温下酸碱溶液无限稀释,pH只能接近于7,酸溶液的pH不可能大于7,碱溶液的pH不可能小于7。
2.酸碱稀释过程溶液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-)数(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-)数会不断增多。
1.下列各项中,能表示人大量喝水时,胃液pH变化的图像的是( )
【答案】 A
2.常温下,下列溶液中与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】 常温下,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,混合溶液中氢氧根离子浓度>10-5 mol·L-1,则混合溶液中氢离子浓度<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。
【答案】 B
1.下列叙述正确的是( )
A.100 ℃纯水的pH=6,所以水在100 ℃时呈酸性
B.pH=3的盐酸溶液,稀释至10倍后pH>4
C.0.2 mol·L-1的醋酸与等体积水混合后pH=1
D.常温下,pH=3的盐酸与pH=11的氢氧化钠等体积混合后pH=7
【解析】 A选项中因为是纯水,不管其pH为多少都呈中性,错误;B选项中盐酸是强酸,所以每稀释10倍pH增大1,故pH=4,错误;C选项中将0.2 mol·L-1的醋酸与等体积水混合后,溶液的浓度变为0.1 mol·L-1,但由于醋酸是弱酸,所以pH大于1,错误;D选项中盐酸与氢氧化钠恰好完全反应,所以呈中性,正确。
【答案】 D
2.25 ℃时,Va L pH=a的某一元强酸溶液与Vb L pH=b的某一元强碱溶液均匀混合后,溶液的pH=7,已知b=6a,Va<Vb,下列有关a的说法中正确的是( )
A.a可能等于1
B.a一定大于2
C.a一定小于2
D.a一定等于2
【解析】 由b=6a>7得a>eq \f(7,6);由混合后溶液的pH=7得n(H+)=n(OH-),即Va×10-a=Vb×10b-14,得Va/Vb=10a+b-14;由于Va<Vb,即10a+b-14<1,得a+b-14<0,结合b=6a,得a<2,综合可知eq \f(7,6)<a<2。
【答案】 C
3.在常温下,下列各组溶液的c(H+)一定等于1×10-7 mol·L-1的是( )
A.pH=2和pH=12的两种溶液以等体积混合
B.0.05 mol·L-1 的H2SO4与0.10 mol·L-1 的NaOH溶液以等体积混合
C.将pH=5的CH3COOH溶液稀释100倍
D.pH=1的H2SO4与0.10 mol·L-1的Ba(OH)2溶液以等体积混合
【解析】 A中pH=2的强酸与pH=12的强碱以等体积混合时,酸提供的H+的物质的量(10-2V mol)等于碱提供的OH-的物质的量 [(10-14/10-12)V mol]。pH=2的弱酸与pH=12的强碱以等体积混合,酸的浓度必然很大,反应中酸过量,最后溶液呈酸性。B项是强碱和强酸,如两溶液体积各V L,则n(H+)=0.05 mol·L-1×2×V L,n(OH-)=0.10 mol·L-1×V L,n(H+)=n(OH-),所得溶液呈中性。C中pH=5的弱酸,稀释100倍,由于在稀释过程中,电离程度增大,c(H+)下降不到1/100。D项c(H+)=0.1 mol·L-1,c(OH-)=0.2 mol·L-1,等体积混合后,碱过量。
【答案】 B
4.关于常温下pH为2的盐酸,下列叙述正确的是( )
A.将10 mL,该溶液稀释至100 mL后,pH=4
B.向该溶液中加入等体积pH为12的氨水恰好完全中和
C.该溶液中由水电离出的c水(H+)×c水(OH-)=1×10-14
D.该溶液中盐酸电离出的c(H+)与水电离出的c(H+)之比为1010∶1
【解析】 A.将10 mL pH=2的盐酸稀释至100 mL后,c(H+)=eq \f(10-2 mol/L×10 mL,100 mL)=10-3 mol/L ,pH=3,选项A错误;B.向该溶液中加入等体积pH为12的氨水,由于一水合氨部分电离,氨水过量,HCl完全反应后溶液中仍含有大量的NH3·H2O ,选项B错误;C.该溶液中由水电离出的c水(H+)×c水(OH-)=1×10-12×1×10-12=1×10-24,选项C错误;D.该溶液中水电离出的c水(H+)=c水(OH-)=eq \f(10-14,10-2)mol/L= 10-12 mol/L ,则盐酸电离出的c(H+)与水电离出的c(H+)之比为10-2∶10-12=1010∶1,选项D正确;答案选D。
5.室温下,有一pH为12的NaOH溶液100 mL,如果将其pH降为11,则:
(1)若用蒸馏水应加入________mL;
(2)若用pH=10的NaOH溶液,应加入________mL;
(3)若用pH=2的盐酸,应加入______mL;
(4)若用0.01 mol·L-1硫酸,应加入________mL。
【解析】 (1)由c(OH-)稀释=10-3 mol·L-1=eq \f(10-2 mol·L-1×0.1 L,0.1 L+VH2O),得V(H2O)=0.9 L=900 mL。
(2)设加入pH=10的NaOH溶液的体积为x,c(OH-)=10-3 mol·L-1=eq \f(10-2 mol·L-1×0.1 L+10-4 mol·L-1·x,0.1 L+x)得x=1 L=1 000 mL。
(3)设加入pH=2的盐酸的体积为y,c(OH-)=10-3 mol·L-1
=eq \f(10-2 mol·L-1×0.1 L-10-2 mol·L-1·y,0.1 L+y)
得y=0.081 8 L=81.8 mL。
(4)设加入硫酸的体积为z,c(OH-)=10-3 mol·L-1
=eq \f(10-2 mol·L-1×0.1 L-0.02 mol·L-1·z,0.1 L+z)
得z=0.042 86 L=42.86 mL。
【答案】 (1)900 (2)1 000 (3)81.8 (4)42.86
$$