主题三 学生实验三 溶液pH的测定 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题三 溶液与水溶液中的离子反应 学生实验三 溶液pH的测定 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 实验室测定溶液pH最常用的仪器或用品是（ ） A. 酸碱指示剂（只能判断酸碱性，不能测pH） B. pH试纸（便捷快速，适合常规测定） C. 托盘天平（称量质量，与pH无关） D. 容量瓶（配制溶液，不能测pH） 2. 加工制造中，电镀铜的电镀液pH需控制在4-6之间，测定该电镀液pH时，下列操作正确的是（ ） A. 用蒸馏水润湿pH试纸后再测定（导致浓度稀释，pH偏差） B. 用玻璃棒蘸取电镀液滴在pH试纸上，立即与标准比色卡对比 C. 将pH试纸直接浸入电镀液中（污染溶液，操作错误） D. 测定后未清洗玻璃棒，直接用于测定另一种溶液（交叉污染） 3. 下列关于pH试纸的使用，说法错误的是（ ） A. pH试纸有广泛pH试纸（1-14）和精密pH试纸（精度更高） B. 强氧化性溶液（如氯水）不能用pH试纸测定（腐蚀试纸） C. 测定中性溶液（如蒸馏水）的pH，试纸颜色不变（呈黄色，对应pH=7） D. 加工制造中，可通过pH试纸快速判断除锈液的酸性强弱 4. 25℃时，某电镀废水的pH=5，该溶液呈（ ） A. 酸性 B. 中性 C. 碱性 D. 无法判断 5. 测定下列溶液的pH时，会因盐的水解导致pH偏离7的是（ ） A. NaCl溶液（电镀辅助液，中性） B. CuSO₄溶液（电镀液，强酸弱碱盐，酸性） C. 稀盐酸（除锈液，强酸，酸性） D. NaOH溶液（清洗液，强碱，碱性） 6. 加工制造中，用pH计测定电镀液的pH，其优点是（ ） A. 操作简便，成本低（pH试纸的优点） B. 精度高，可连续监测（工业生产核心需求） C. 无需校准，直接使用（需定期校准） D. 只能测定酸性溶液（可测全pH范围） 7. 下列操作会导致pH测定结果偏高的是（ ） A. 测定酸性溶液时，pH试纸先润湿（稀释酸性，pH偏大） B. 测定碱性溶液时，pH试纸先润湿（稀释碱性，pH偏小） C. 测定时，试纸与标准比色卡对比延迟（试纸变色后褪色） D. 用沾有酸性溶液的玻璃棒测定碱性溶液（中和碱性，pH偏小） 8. 25℃时，pH=12的NaOH溶液（清洗液），其[OH⁻]为（ ） A. 1×10⁻¹²mol/L B. 1×10⁻²mol/L C. 1×10⁻⁷mol/L D. 1mol/L 9. 加工制造中，焊接用助焊剂（NH₄Cl溶液）的pH约为3.5，下列说法正确的是（ ） A. 该溶液呈碱性，能溶解金属氧化物（呈酸性） B. 该溶液的[H⁺]=1×10⁻³.⁵mol/L C. 测定时需用精密pH试纸（广泛试纸精度不足） D. 加水稀释后，pH会减小（稀释后H⁺浓度降低，pH增大） 10. 关于溶液pH的意义，下列说法错误的是（ ） A. pH是衡量溶液酸碱性的核心指标 B. 电镀液pH直接影响镀层的均匀性和附着力 C. 除锈液pH越低，除锈效果越好（过高腐蚀金属基体） D. 废水pH需调节至中性（6-9）才能排放 11. 测定某未知溶液的pH，试纸颜色对应标准比色卡的pH=6，该溶液可能是（ ） A. 0.1mol/L盐酸（pH=1） B. 电镀用CuSO₄溶液（强酸弱碱盐，pH≈4-6） C. 0.1mol/L NaOH溶液（pH=13） D. 蒸馏水（pH=7） （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 溶液pH的计算公式为______，25℃时，中性溶液的pH=______，酸性溶液的pH______7，碱性溶液的pH______7。 2. 测定溶液pH的常用方法有______和______；工业生产中，为实时监控电镀液、废水的pH，常用______（精度高、可连续测量）。 3. 用pH试纸测定溶液pH的操作步骤：① 取一片pH试纸放在______上；② 用______蘸取少量待测液滴在试纸上；③ 立即将试纸颜色与______对比，读出pH。 4. 加工制造中，不同溶液的pH控制要求：① 除锈用稀盐酸的pH通常为______（1-2，强酸性）；② 电镀铜溶液的pH为______（4-6，弱酸性）；③ 中和后的工业废水pH为______（6-9，接近中性）。 5. 测定强氧化性溶液（如电镀用含铬废水）的pH时，不能用______，需用______，防止试纸被腐蚀。 6. 若测定某酸性溶液时，pH试纸先被蒸馏水润湿，会导致测定结果______（填“偏高”“偏低”或“不变”），原因是______。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. pH=7的溶液一定是中性溶液（需强调25℃，温度变化Kw改变）。（ ） 2. 用pH试纸测定溶液pH时，必须在规定时间内对比标准比色卡，避免试纸变色后褪色。（ ） 3. 加工制造中，电镀液的pH越高，镀层质量越好（过高导致金属离子沉淀）。（ ） 4. pH计测定溶液pH前，需用标准缓冲溶液校准，确保测量精度。（ ） 5. 测定稀硫酸（除锈液）的pH时，试纸会变为红色，pH越小，红色越深。（ ） 6. 蒸馏水的pH=7，因此所有中性溶液的pH都等于7（温度影响，如100℃时pH=6）。（ ） 7. 加工制造中，废水pH=5时，属于酸性废水，需用碱中和后才能排放。（ ） 8. 用pH试纸测定NaOH溶液（清洗液）的pH，试纸会变为蓝色，pH越大，蓝色越深。（ ） 9. 测定同一溶液的pH，用精密pH试纸测得的结果比广泛pH试纸更精确。（ ） 二、提升题（共30分） （一）实验设计题（10分） 加工制造中，某车间产生三种溶液：电镀液（CuSO₄溶液）、除锈液（稀盐酸）、废水（未知酸碱性），需测定其pH并判断是否符合生产标准，设计实验方案如下： 1. 实验目的：测定三种溶液的pH，判断其酸碱性及是否符合工业标准； 2. 实验原理：pH试纸与溶液中H⁺/OH⁻反应显色，对照标准比色卡确定pH；pH计通过电极测量离子浓度，直接读出pH； 3. 所需仪器和药品： 仪器：______、______、______、______、______； 药品：电镀液（CuSO₄溶液）、除锈液（稀盐酸）、未知废水、蒸馏水； 4. 实验步骤： ① 准备工作：取3片广泛pH试纸、1套pH计（已校准）、3支洁净玻璃棒，分别标记对应溶液； ② 测定电镀液pH： 方法一（pH试纸）：将pH试纸放在玻璃片上，用洁净玻璃棒蘸取少量CuSO₄电镀液滴在试纸上，内与标准比色卡对比，读出pH=（预期4-6）； 方法二（pH计）：将pH计电极插入电镀液中，待读数稳定后，记录pH=； ③ 测定除锈液pH：重复步骤②，预期pH=（1-2），对比两种方法的测定结果； ④ 测定未知废水pH：重复步骤②，若pH<6，判断为______废水；若pH>9，判断为______废水；若6≤pH≤9，判断为合格废水； ⑤ 实验结束：清洗玻璃棒、pH计电极，整理实验台； 5. 实验现象与结论： ① 电镀液pH在4-6之间，符合生产标准，说明Cu²⁺水解程度适中，无沉淀生成； ② 除锈液pH在1-2之间，酸性较强，除锈效果佳，且不会过度腐蚀金属基体； ③ 若未知废水pH=3，需用______（如石灰水）中和至pH=6-9后排放； 6. 注意事项： ① 每测定一种溶液，需用蒸馏水清洗玻璃棒，擦干后再使用，防止交叉污染； ② pH计电极使用后需浸泡在饱和KCl溶液中保养，延长使用寿命； 7. 拓展应用：工业生产中，为什么电镀液的pH测定优先使用pH计而非pH试纸？（从精度和生产稳定性角度分析）。 （二）分析题（10分） 1. 加工制造中，电镀镍的电镀液为NiSO₄溶液（强酸弱碱盐），使用过程中pH逐渐降低，分析pH降低的原因（结合Ni²⁺水解平衡和电极反应），说明如何调节pH至标准范围（4.5-5.5），写出调节所用试剂及原理； 2. 某同学测定三种溶液的pH时，出现异常结果：① 测定浓盐酸（除锈液）时，pH试纸先变红后褪色；② 测定含Na₂CO₃的废水时，pH试纸显蓝色，且颜色逐渐加深；③ 测定电镀液时，pH试纸颜色与标准比色卡对比模糊。分析每种异常现象的原因，提出改进措施； 3. 工业废水处理中，常用pH在线监测仪实时监控废水pH。分析pH监测仪在废水处理中的作用，说明若废水pH=10（碱性），需选择哪种试剂中和（从成本、环保角度推荐），写出中和反应的离子方程式。 （三）计算题（10分） 1. 加工制造中，除锈用稀盐酸溶液的pH=2（25℃），计算： （1）该溶液中[H⁺]和[OH⁻]（Kw=1×10⁻¹⁴）； （2）若将该溶液稀释100倍，稀释后溶液的pH和[OH⁻]； （3）若稀释后的溶液与pH=12的NaOH溶液（清洗液）等体积混合，混合后溶液的pH（写出计算过程）； 2. 某电镀液的pH=5（25℃），该溶液为CuSO₄溶液（强酸弱碱盐），计算： （1）溶液中[H⁺]和[OH⁻]； （2）若要将pH调节至6，需使[H⁺]变为多少？此时溶液的酸碱性如何？ （3）若加入少量NaOH固体调节pH，写出OH⁻与溶液中离子的反应方程式（结合Cu²⁺水解平衡）（写出计算过程）； 3. 工业废水处理中，某酸性废水的pH=3（25℃），处理1000L该废水需将pH调节至7，计算需要加入Ca(OH)₂的质量（Ca(OH)₂摩尔质量74g/mol，假设中和过程中溶液体积不变）（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. B 3. C 4. A 5. B 6. B 7. A 8. B 9. B 10. C 11. B （二）填空题 1. pH=-lg[H⁺]；7；<；> 2. pH试纸法；pH计法；pH在线监测仪（或工业pH计） 3. 玻璃片（或白瓷板）；洁净玻璃棒；标准比色卡 4. 1-2；4-6；6-9 5. pH试纸；pH计 6. 偏高；蒸馏水稀释了酸性溶液，H⁺浓度降低，pH增大 （三）判断题 1. ×（需限定25℃） 2. √ 3. ×（pH过高导致金属离子沉淀） 4. √ 5. √ 6. ×（温度影响Kw） 7. √ 8. √ 9. √ 二、提升题 （一）实验设计题 3. 仪器：pH试纸（广泛+精密）；pH计；玻璃棒；玻璃片；烧杯； 4. 实验步骤： ② 30秒；5（合理范围4-6）；5.0（与试纸结果接近）； ③ 1.5（合理范围1-2）； ④ 酸性；碱性； 5. 实验现象与结论： ③ 石灰水（或CaO）； 6. 拓展应用：pH计精度更高（可精确到0.01），能实时连续监测，避免pH试纸的人为读数误差；电镀液pH需严格控制在窄范围（如4-6），pH计的高精度可保证镀层质量稳定，适合工业批量生产。 （二）分析题 1. pH降低原因：Ni²⁺水解平衡Ni²⁺+2H₂O⇌Ni(OH)₂+2H⁺，电镀时阴极Ni²⁺析出，阳极水放电生成H⁺（2H₂O-4e⁻=O₂↑+4H⁺），导致H⁺浓度增大，pH降低；调节措施：加入稀氨水（或NiCO₃固体）；原理：稀氨水中和过量H⁺，使水解平衡逆移，pH升高至4.5-5.5（避免加入强碱导致Ni(OH)₂沉淀）； 2. ① 浓盐酸具有挥发性和还原性，pH试纸先变红（酸性）后被HClO氧化褪色；改进：用pH计测定，或稀释后用精密pH试纸；② Na₂CO₃水解生成OH⁻，且CO₃²⁻水解分步进行，时间延长水解程度增大，OH⁻浓度升高，颜色加深；改进：滴加后立即对比比色卡；③ 电镀液中含金属离子（如Cu²⁺），颜色干扰试纸显色；改进：用pH计测定，或取少量溶液稀释后用试纸； 3. pH监测仪的作用：实时监控废水pH，避免中和试剂过量导致pH异常，保证处理后废水达标排放；中和试剂：选择石灰水（Ca(OH)₂），成本低、来源广泛；离子方程式：OH⁻+H⁺=H₂O。 （三）计算题 1. 解：（1）pH=2，[H⁺]=1×10⁻²mol/L；[OH⁻]=Kw/[H⁺]=1×10⁻¹²mol/L； （2）稀释100倍，[H⁺]=1×10⁻⁴mol/L，pH=4；[OH⁻]=1×10⁻¹⁰mol/L； （3）pH=12的NaOH溶液[OH⁻]=1×10⁻²mol/L，等体积混合后，OH⁻过量：[OH⁻]=(1×10⁻²-1×10⁻⁴)/2≈4.95×10⁻³mol/L，pOH≈2.3，pH=14-2.3=11.7； 答：（1）[H⁺]=1×10⁻²mol/L，[OH⁻]=1×10⁻¹²mol/L；（2）pH=4，[OH⁻]=1×10⁻¹⁰mol/L；（3）pH≈11.7。 2. 解：（1）pH=5，[H⁺]=1×10⁻⁵mol/L；[OH⁻]=1×10⁻⁹mol/L； （2）pH=6时，[H⁺]=1×10⁻⁶mol/L，[H⁺]>[OH⁻]，溶液呈弱酸性； （3）反应方程式：OH⁻+H⁺=H₂O（中和过量H⁺）、Cu²⁺+2OH⁻=Cu(OH)₂↓（避免OH⁻过量）； 答：（1）[H⁺]=1×10⁻⁵mol/L，[OH⁻]=1×10⁻⁹mol/L；（2）[H⁺]=1×10⁻⁶mol/L，弱酸性；（3）见解析。 3. 解：（1）pH=3的废水[H⁺]=1×10⁻³mol/L，1000L废水n(H⁺)=1×10⁻³mol/L×1000L=1mol； （2）中和反应：Ca(OH)₂~2H⁺，n(Ca(OH)₂)=1mol÷2=0.5mol； （3）m(Ca(OH)₂)=0.5mol×74g/mol=37g； 答：需要Ca(OH)₂的质量为37g。 学科网（北京）股份有限公司 $