溶液pH的求算
教學(xué)目標
知識技能:掌握簡單酸、堿體系的pH計算。
能力培養(yǎng):通過pH的計算,培養(yǎng)學(xué)生定量解決化學(xué)問題的能力,并進一步加強對弱電解質(zhì)電離平衡的理解。
科學(xué)思想:注重學(xué)科之間的交叉,學(xué)會用數(shù)學(xué)公式解決化學(xué)問題。
科學(xué)品質(zhì):通過pH在醫(yī)療及工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的介紹,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
科學(xué)方法:歸納,總結(jié)法。
重點、難點 有弱電解質(zhì)參予的簡單體系pH的計算。
教學(xué)過程設(shè)計
第一課時
教師活動
【引入】我們知道,正常情況下人體血液略顯堿性。但是一些疾病卻可以使血液的酸性增強。醫(yī)生就此可以通過測血液pH的辦法來幫助診斷病情。同樣在工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)液的酸堿性對化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生及反應(yīng)產(chǎn)物的判斷也非常重要。那么如何定量計算溶液的pH呢?這就是我們這節(jié)課要解決的問題。首先請同學(xué)回憶下面已學(xué)過的舊知識:
①pH定義 ②溶液物質(zhì)的量濃度的計算公式 ③電離度的定義 ④水的離子積常數(shù)。
學(xué)生活動
回憶并回答(略)。
酸性體系:
1.強酸的pH
例1 ①求 0.1mol/L鹽酸溶液的pH?
②求0.05mol/L硫酸溶液的pH?
【設(shè)問】通過以上兩題請同學(xué)思考,已知強酸溶液的物質(zhì)的量濃度,如何求pH,并且應(yīng)注意什么?
心算口答。
解答:因①、②中[H+]=0.1mol/L,所以pH相等均為1。
兩兩議論。
結(jié)論:求pH實際是求[H+],在已知溶液的物質(zhì)的量濃度求[H+]濃度時一定要注意強酸的元數(shù)。
【小結(jié)】由于完全電離,強酸溶液的[H+]=n?c,其中n表示強酸的元數(shù)。那么對于不完全電離的弱酸[H+]又如何計算呢?
2.一元弱酸的pH
例2 求0.1mol/L醋酸溶液的pH。已知a=1.32%。
【設(shè)問】①在一元弱酸溶液中[H+]為什么不等于溶液的物質(zhì)的量的濃度?
動筆解答。
解答:因為[H+]=c a=0.1×1.3%
所以pH=-lg[H+]=2.87
回答:①弱酸部分電離,所以[H+]小于物質(zhì)的量濃度這一點就好像有一個倉庫一樣,倉庫外面是已電離的離子,而倉庫內(nèi)是未電離的離子,倉庫的門是雙向的。已電離的離子的物質(zhì)的量永遠小于總的溶質(zhì)的物質(zhì)的量。
②若pH相同的一元強酸與一元弱酸[H+]關(guān)系如何?溶液的物質(zhì)的量濃度關(guān)系又如何?
討論后回答:pH相同的一元強酸與弱酸 之間,[H+]相同,而溶液的物質(zhì)的量濃度是弱酸大于強酸。
【小結(jié)】弱酸是弱電解質(zhì),要通過電高度求溶液中的氫離子濃度。
3.稀釋強酸溶液
例3 ①將0.1mol/L的鹽酸溶液稀釋成原體積的10倍,求稀釋后溶液的pH。
②將pH=5的鹽酸溶液分別稀釋成原體積的10倍、1000倍。求稀釋后溶液的pH。
【設(shè)問】常溫下,當無限稀釋酸時,溶液的pH為何接近7?
計算。
解答:①由于鹽酸完全電離,所以稀釋過程中氫離子的物質(zhì)的量不變。有稀釋后的[H+]=0.01 mol/L,pH=2。
②稀釋10倍時pH=6,稀釋1000倍時pH近似等于7。
兩兩討論。
總結(jié):當對溶液無限稀釋時,溶液中由水電離出的氫離子濃度遠大于酸電離出的氫離子濃度,這時可忽略酸電離出的氫離子,以水電離出的氫離子為主,所以pH趨近7。
【設(shè)問】在求上述例1溶液的pH時,我們忽略了水電離出的氫離子。但是在對酸溶液無限稀釋時又忽略了酸電離的氫離子,這樣做的道理是什么?
討論并回答:
在濃度較大的酸溶液中,計算氫離子濃度時忽略水電離出的氫離子,在濃度極稀的酸溶液中又可以忽略酸電離出的氫離子。原因就是兩種情況下影響溶液氫離子濃度的主要因素不同。
【小結(jié)】同學(xué)們總結(jié)的非常好,這樣做正是抓住了解決問題的主要方面,下面讓我們一起討論稀釋弱酸溶液的問題。
4.稀釋弱酸溶液
例4 將pH為1的醋酸溶液稀釋成原體積的10倍,求稀釋后溶液pH與2的關(guān)系。
討論并回答:
因為弱電解質(zhì)的電離度與濃度成反比,所以在稀釋過程中一方面將已電離出的氫離子稀釋成原濃度的1/10,另一方面弱電解質(zhì)還會繼續(xù)電離出部分氫離子,所以溶液中氫離子的物質(zhì)的量會大于原溶液的物質(zhì)的量。因此稀釋后溶液的pH<2。
【小結(jié)】由于在弱酸中存在電離平衡,所以弱酸稀釋與強酸的情況有所不同。
【設(shè)問】①pH相同的強酸與弱酸同倍數(shù)稀釋時,pH變化的情況是否相同,這是為什么?
【過渡】由于弱電解質(zhì)溶液中存在電離平衡,對于弱電解質(zhì)參與的化學(xué)反應(yīng)會有什么影響?請思考下面的例題:
例5 體積相同,pH相同的鹽酸與醋酸溶液,分別投入足量的鋅粉,試比較最初時反應(yīng)的速率和最終放出氫氣的物質(zhì)的量的關(guān)系。
回答:強酸的pH變化大于弱酸的pH變化,原因是在弱電解質(zhì)溶液中存在電離平衡。
小組討論,并由代表發(fā)言。
回答:由于氫離子濃度相等,所以最初時反應(yīng)速率相等。但由于鹽酸中溶質(zhì)的物質(zhì)的量小于醋酸中溶質(zhì)的物質(zhì)的量,所以最終放出氫氣是鹽酸小于醋酸。
5.求混合酸溶液的pH
例6 若下列混合過程中體積的變化忽略不計:
①將0.1mol/L的鹽酸與0.1mol/L的硫酸等體積混合,求混合后溶液的pH。
②將pH均為1的鹽酸與硫酸以體積比1∶2的比例混合,求混合后溶液的pH。
③將pH=1的鹽酸與pH=5的鹽酸等體積混合,求混合后溶液的pH。
動筆計算,由三名同學(xué)板演過程。
解答:
pH=0.824
pH=1
pH=1.3
【小結(jié)】通過以上練習(xí)可知,求酸溶液的pH須先求[H+],再求pH。求算中注意混合溶液的體積變化。
【過渡】以上我們討論了酸性體系的pH計算。請同學(xué)來小結(jié)一下解題的思路。
【過渡】那么在堿性溶液中呢?我們又應(yīng)該如何求pH?讓我們帶著這個問題進入下節(jié)課的學(xué)習(xí)。
第二課時
二、堿性體系
1.強堿溶液的pH計算
例7 、俪叵,求0.1mol/L氫氧化鈉溶液的pH。
②常溫下,求0.05 mol/L氫氧化鋇溶液的pH。
口算回答。
解答:因為①、②中氫氧根離子濃度相等,且[OH-]=0.1mol/L,所以[H+]=10-13mol/L。
pH=13
2.弱堿溶液的pH
例8 已知常溫下,0.1mol/L氨水的電離度為1.33%。求pH。
動筆計算。
解答:因為[OH-]=1.33×10-3mol/L
所以[H+]=7.52×10-12mol/L
pH=11.12
或:因為[OH-]=1.33×10-3mol/L
所以pOH=-lg[OH-]=2.876
pH=14pOH=11.12
3.稀釋堿溶液
例9 ①常溫下,將0.1mol/L的氫氧化鈉稀釋成原體積的10倍,求pH?
②常溫下,將0.1mol/L的氨水稀釋成原體積的10倍,求pH與①中結(jié)果的大小關(guān)系。
解答:①pH=12
②PH>12
【設(shè)問】通過上述練習(xí),試總結(jié)求堿性溶液pH的方法。
回答:先求[OH-]的濃度,再求溶液的pH。
【設(shè)問】為什么先求[OH-] 的濃度?通過計算可知上例①中[H+]=10-13mol/L。若按氫離子濃度計算,則稀釋后溶液中[H+]=10-14mol/L, pH為14。這個結(jié)果顯然不對,為什么?
兩兩討論。
因為氫離子是水電離產(chǎn)生的。
【講解】上述計算成立的前提是稀釋過程中氫離子的物質(zhì)的量保持不變。在堿性溶液中氫離子是水電離產(chǎn)生的,水是弱電解質(zhì),當溶液中[OH-] 變化時,[OH-] 對水的電離平衡影響的程度也在變化。其結(jié)果是溶液中水電離的氫離子的物質(zhì)的量發(fā)生改變,因此計算結(jié)果是錯誤的。
4.強堿溶液混合
例10 若混合過程中體積變化忽略不計:
①0.1mol/L的氫氧化鈉溶液與0.05mol/L的氫氧化鋇溶液混合,求pH。
②pH=13的氫氧化鈉與pH=10的氫氧化鈉溶液混合,求pH。
解答:①pH=13
②pH=12.7
【思考】請總結(jié)出在酸性或堿性溶液中求pH的順序。
小結(jié):在酸性溶液中先求氫離子濃度再求pH,堿性溶液中先求氫氧根離子濃度,再求pH。
【小結(jié)】求 pH,一定要先求顯性離子的濃度,再利用數(shù)學(xué)工具求pH。
三、酸、堿混合體系的pH計算
例11 ①99 mL0.5 mol/L硫酸與101
mL1 mol/L氫氧化鈉溶液混合,求混合后的pH。
動筆計算。
解答:①已知 n(H+)=0.099 mol
n(OH-)=0.101 mol/L
因為H++OH-=H2O經(jīng)判斷為堿過量,且過量的OH- 的物質(zhì)的量為0.002mol。
=0.01 mol/L
pH=12
②把pH=3的鹽酸和pH=9的氫氧化鈉溶液混合成中性溶液,求酸和堿的體積比。
解答:②已知[H+]=10-3mol/L,
[OH-]=10-5 mol/L,若反應(yīng)后溶液呈中性,則有酸提供的氫離子的物質(zhì)的量等于堿提供的氫氧根離子的物質(zhì)的量。有
10-3?V酸=10-5?V堿
V酸∶V堿=1∶100
【設(shè)問】①請總結(jié)出強酸與強堿反應(yīng)后求pH的程序,并總結(jié)出解題過程的注意事項。
討論:先判斷酸堿反應(yīng)進行的程度,再求過量的顯性離子的濃度,最后再求pH。解題過程中應(yīng)注意多元強酸和多元強堿物質(zhì)的量濃度與相應(yīng)離子濃度的換算。
【過渡】強酸與強堿的反應(yīng)進行程度很容易判斷。如果題目中沒有明確指出酸堿的強弱,又如何處理呢?
例12 常溫下,將pH=3的鹽酸與pH=11的一元堿等體積混合,求混合后的pH。
解答:已知酸溶液中[H+]=10-3mol/L,堿溶液中[OH-]=10-3mol/L。如果堿是強堿,則反應(yīng)后溶液為中性,pH=7;如果堿是弱堿,則堿中已電離出的氫氧根恰好能中和酸中的所有氫離子。這樣反應(yīng)后堿過量,pH>7。綜合起來應(yīng)是pH≥7。
方法2:若堿是弱堿,則c堿=[OH-]/a>10-3mol/L,c酸=10-3mol /L,所以堿過量,pH>7。
【設(shè)問】上述題目是堿的強弱未知,如果改成酸的強弱未知的話,相應(yīng)的試題應(yīng)如何出呢?你能否舉出一例?
舉例:例如室溫下將pH=3的酸與pH=11的氫氧化鈉等體積混合,求混合后的PH?(答案為pH≤7)。
【過渡】若酸堿的強或弱都未知呢?
例13 pH=3的酸與 pH=11的堿等體積混合,求混合后的pH。
解答:無法判斷是大于7、小于7還是等于7。
【總結(jié)】對于酸堿中和反應(yīng),在進行pH的計算時需解決的是求顯性離子的濃度問題。同樣這種方法也適用于其它酸堿體系的pH的計算。
練習(xí)1 amL濃度為 c mol/L的AgNO3溶液中,加入一定量pH=1的鹽酸時,恰好將Ag+完全沉淀,此時得到pH=2的溶液100mL。則c值應(yīng)該接近何值(反應(yīng)前后體積的變化忽略不計)?
答案:0.011。
精選題
一、選擇題
1.pH=3 的醋酸溶液用水稀釋,體積變?yōu)樵w積的2倍,這時溶液的pH接近于 [ ]
A.1.5 B.3.1
C.3.5 D.2.7
2.15 mL 0.1mol/L HCl和5mL0.1mol/L Ba(OH)2溶液相混合并稀釋至500mL,所得溶液的pH為 [ ]
A.2.4 B.3
C.11 D.12
3.定溫時將pH=2的鹽酸和醋酸分別稀釋到pH=3時,所稀釋時用水的體積前者與后者的關(guān)系是 [ ]
A.大于 B.小于
C.等于 D.不能確定
4.在相同的條件下,濃度均為 0.1mol/L的氨水和氫氧化鈉溶液,前者的pH與后者的pH相比較,結(jié)論正確的是 [ ]
A.大于 B.小于
C.等于 D.不能確定
5.已知常溫下有pH=2的一元弱酸HA溶液,其電離度為5%;又
種溶液等體積混合,所得溶液中離子濃度大小關(guān)系正確的是 [ ]
A.[OH-]>[H+]>[B+]>[A-] B.[A-]>[B+]>[H+]>[OH-]
C.[B+]>[A-]>[OH-]>[H+] D.[B+]>[A-]>[OH-]>[H+]
6.室溫時,pH=a的氫氧化鈉溶液與pH=b的醋酸溶液等體積混合,恰好完全反應(yīng),則該醋酸的電離度可表示為 [ ]
A.(1016-a-b)% B.(10a+b-14)%
C.(10a+b-16)% D.(1014-a-b)%
7.在室溫下,酸和堿的溶液等體積混合后,pH一定大于7的是 [ ]
A.pH=3的鹽酸與 pH=11的氫氧化鋇溶液
B.pH=3的醋酸(電離度約為1%)和pH=12的氫氧化鈉溶液
C.pH=3的硝酸與pH=11的氨水(電離度約為1%)
D.pH=3的硫酸與pH=12的氫氧化鉀溶液
8.常溫下要使10mL0.5mol/L的硫酸溶液pH恰好變?yōu)?,可采用的方法是 [ ]
A.加水稀釋至1000 L
B.加入10mL0.1mol/L的氨水
C.加入100mL0.005 mol/L的氫氧化鋇
D.加入10mL0.05 mol/L氫氧化鈉溶液
9.25℃時,向VmLpH=a的鹽酸中滴加pH=b的氫氧化鈉溶液10VmL時,溶液中恰好有[Cl-]=[Na+] ,此時(a+b)的值為 [ ]
A.13 B.15
C.14 D.不能確定
10.若200mL[H+]=10-3mol/L的某一元酸與100mL[OH-]=10-3mol/L的某一元堿溶液相混合后,溶液呈堿性,所用的酸和堿應(yīng)是 [ ]
A.等濃度的弱酸和強堿 B.稀的弱酸和濃的強堿
C.稀的強酸和稀的強堿 D.稀的強酸和濃的弱堿
11.已知NaHSO4在水中的電離方程式為:
NaHSO4晶體,保持溫度不變,測得溶液的pH為2。對于該溶液,下列說法不正確的是 [ ]
A.該溫度高于25℃
B.水電離出的[H+]=10-10 mol/L
D.該溫度下加入等體積pH=12的氫氧化鈉溶液可使反應(yīng)后的溶液恰好呈中性
二、非選擇題
12.簡述80℃時純水的pH小于7的原因。
13.25℃時,有pH=x的鹽酸和pH=y 的氫氧化鈉溶液(x≤6,y≥8),取aL該鹽酸與該氫氧化鈉溶液中和,消耗bL的氫氧化鈉溶液,問:
①若x+y=14,則a/b=____(填數(shù)據(jù));
②若x+y=13,則a/b=____(填數(shù)據(jù));
③若x+y>14,則a/b=____(填表達式);
④該鹽酸與該氫氧化鈉溶液完全中和,兩溶液的pHx和y的關(guān)系式(填表達式)。
14.某工廠排放出的廢水,經(jīng)測定含有0.001mol/L的游離氯和0.008mol/L的[H+],F(xiàn)采用Na2SO3除去其中的游離氯,若要處理5L這種廢水,
①需加入0.5mol/L的Na2SO3溶液mL才能將Cl2除盡;
②處理后的廢水的pH為____。
15.白色粉末A由Na2S、Na2SO3、 Na2S2O3、Na2SO4、NaCl等物質(zhì)中的三種混合而成。取一定A樣品投入100mL2.2mol/L的鹽酸中,充分反應(yīng)后過濾,最終得到100mLpH為0的溶液。將溶液蒸干,只得到8.19g純凈物B。
①B的化學(xué)式為______;②請通過計算推斷A中是否含有NaCl。
答 案
一、選擇題
1.B 2.B 3.B 4.B 5.B 6.A 7.C、D 8.C 9.A 10.D 11.D
二、非選擇題
12.因為水的離子積常數(shù)隨溫度的升高而增大。
13.①1 ②0.1 ③10(x+y-14) ④x+y=14+1ga/b(應(yīng)用酸的pH和堿的pH求出[H+]和[OH-] ,因為酸堿中和,必然有氫離子的物質(zhì)的量等于氫氧根離子的物質(zhì)的量。用此列出等式,再用題中的條件就可求解)
14.①10mL ②pH=2 15.①NaCl ②有
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