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专题8.2 溶液的酸碱性与pH计算
1.了解水的电离,离子积常数。
2.了解溶液pH的定义,能进行pH的简单计算。
3.了解测定溶液pH的方法。
热点题型一 水的电离平衡的影响因素及有关计算
例1、(双选) 现有常温下的四种溶液:①0.01 mol/L的醋酸溶液 ②0.01 mol/L 的盐酸 ③pH=12的氨水 ④pH=12的NaOH溶液。下列说法正确的是( )
A.水的电离程度①中最小,③中最大
B.水的电离程度①中最大,②、③、④中相等
C.将②、③等体积混合,所得的溶液中由水电离出来的c(OH-)<110-7mol/L
D.将①、③等体积混合,所得的溶液中由水电离出来的c(OH-)>110-7mol/L
【答案】BC
【提分秘籍】水电离出的c(H+)或c(OH-)的计算(25 ℃时)
(1)中性溶液:c(H+)=c(OH-)=1.010-7 molL-1。
(2)酸或碱抑制水的电离,水电离出的c(H+)=c(OH-)<10-7 molL-1,当溶液中的c(H+)<10-7 molL-1时就是水电离出的c(H+);当溶液中的c(H+)>10-7 molL-1时,就用10-14除以这个浓度即得到水电离的c(H+)。
①溶质为酸的溶液
H+来源于酸电离和水电离,而OH-只来源于水电离。如pH=2的盐酸中水电离出的c(H+)水=c(OH-)水===1.010-12 mol/L。
②溶质为碱的溶液
OH-来源于碱电离和水电离,而H+只来源于水电离。如pH=12的NaOH溶液中,水电离产生的c(OH-)水=c(H+)水=1.010-12 mol/L。
(3)可水解的盐促进水的电离,水电离的c(H+)或c(OH-)均大于10-7 molL-1。若给出的c(H+)>10-7 molL-1,即为水电离的c(H+);若给出的c(H+)<10-7 molL-1,就用10-14除以这个浓度即得水电离的c(OH-)。
水解呈酸性或碱性的盐溶液,H+和OH-均由水电离产生,如pH=2的NH4Cl溶液中由水电离出的c(H+)水=1.010-2 mol/L;c(OH-)=1.010-12 mol/L是因为部分OH-与部分NH结合了; pH=12的Na2CO3溶液中由水电离出的c(OH-)水=1.010-2 mol/L。
【方法归纳】 (1)在计算水电离出的c(H+)或c(OH-)时,要明确溶液中H+、OH-的来源。
(2)抓住水电离出的c(H+)水=c(OH-)水这一特征。
(3)在室温下,当c(H+)或c(OH-)水<10-7 mol/L时,表明水电离受到抑制,可能为酸溶液,也可能为碱溶液。
(4)在室温下,当c(H+)水或c(OH-)水>10-7 mol/L时,表明水的电离受到促进,是盐类水解所致。
热点题型二 溶液pH的计算与判断
例2、常温下,某学生将0.1 molL-1 H2SO4溶液滴入0.1 molL-1 NaOH溶液,中和后加水至100 mL。若滴加过程中:①少滴了一滴H2SO4溶液;②多滴了一滴H2SO4溶液(1滴为0.05 mL),则①和②两种情况下所得溶液的pH之差是( )
A.4 B.4.6
C.5.4 D.6
【答案】D
【提分秘籍】
1.溶液的稀释规律
稀释10n倍
无限稀释
强酸
c(H+)减小为原来的,pH稀=pH原+n
由于水的电离不可忽视,pH只能接近 7,不可能大于7
强碱
c(OH-)减小为原来的,pH稀=pH原-n
pH≈7(不可能小于7)
弱酸
c(H+)减小的程度比强酸小,pH稀
pH原-n
pH≈7(不可能小于7)
2.溶液pH的计算
(1)总体原则。
①若溶液为酸性,先求c(H+),再求pH=-lgc(H+)。
②若溶液为碱性,先求c(OH-),再求c(H+)=Kw/c(OH-),最后求pH=-lg(H+)。
(2)单一类的计算方法。
①浓度为c的强酸(HnA):c(H+)=nc。
pH=-lgc(H+)=-lg(nc)。
②浓度为c的强碱B(OH)n]:c(OH-)=nc,c(H+)=。
pH=-lgc(H+)=14+lg(nc)。
(3)混合溶液pH的计算
①两强酸混合(同性混合)
c(H+)混=,再求算pH。
②两强碱混合(同性混合)
c(OH-)混=,c(H+)混=,再求算pH。
③强酸、强碱混合(一者过量)(异性混合)
a.酸过量:
c(H+)混=,直接求pH。
b.碱过量:
c(OH-)混=,
c(H+)混=,再求算pH。
c.若恰好中和,pH=7
【举一反三】
25 ℃时,Kw=110-14;100 ℃时,Kw=110-12,下列说法正确的是( )
A.100 ℃时,pH=12的NaOH溶液和pH=2的H2SO4溶液恰好中和,所得溶液的pH=7
B.25 ℃时,0.2 mol/L Ba(OH)2溶液和0.2 mol/L HCl溶液等体积混合,所得溶液的pH=7
C.25 ℃时,0.2 mol/L NaOH溶液与0.2 mol/L CH3COOH溶液恰好中和,所得溶液的pH=7
D.25 ℃时,pH=12的氨水和pH=2的H2SO4溶液等体积混合,所得溶液的pH>7
【答案】D
热点题型三 酸碱中和滴定的误差分析
例3.一定物质的量浓度溶液的配制和酸碱中和滴定是化学中两个典型的定量实验。某研究性学习小组在实验室中配制1 mol/L的稀硫酸标准溶液,然后用其滴定某未知浓度的NaOH溶液。下列有关说法中不正确的是( )
A.实验中所用到的滴定管、容量瓶,在使用前均需要检漏
B.如果实验中需用60 mL的稀硫酸标准溶液,配制时应选用 100 mL容量瓶
C.酸式滴定管用蒸馏水洗涤后,,即装入标准浓度的稀硫酸,则测得的NaOH溶液的浓度将偏大
D.中和滴定时,若在最后一次读数时俯视读数,则导致实验结果偏大
【答案】D
【解析】A项,滴定管、容量瓶使用前需检漏,正确;B项,实验室无60 mL容量瓶,选择容积比60 mL大而与之接近的容量瓶配制,B正确;C项,酸式滴定管不润洗使所测NaOH浓度偏大,正确;D项,导致实验结果偏小。
【提分秘籍】
1.酸碱中和滴定的误差分析
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱溶液(酚酞作指示剂)为例,常见的因操作不正确而引起的误差有
步骤
操作
V(标准)
c(待测)
洗涤
酸式滴定管未用标准溶液润洗
变大
偏高
碱式滴定管未用待测溶液润洗
变小
偏低
锥形瓶用待测溶液润洗
变大
偏高
锥形瓶洗净后还留有蒸馏水
不变
无影响
取液
放出碱液的滴定管开始有气泡,放出液体后气泡消失
变小
偏低
滴定
酸式滴定管滴定前有气泡,滴定终点时气泡消失
变大
偏高
振荡锥形瓶时部分液体溅出
变小
偏低
部分酸液滴出锥形瓶外
变大
偏高
读数
酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后俯视读数(或前仰后俯)
变小
偏低
酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后仰视读数(或前俯后仰)
变大
偏高
2.中和滴定实验的有关注意事项
(1)实验的关键:
①准确测定参加反应的酸、碱溶液的体积。
A.因量筒是粗略量取一定体积液体的仪器,因此本实验不用量筒,而用滴定管或移液管。
B.滴定管是精密测量溶液体积的仪器,读数时需估读,记录数据时可精确到0.01 mL。
②选取适当的指示剂,准确判断滴定终点。
A.要求,变色要明显、灵敏,且指示剂的变色范围要尽可能与恰好完全反应时的pH接近。
B.指示剂的选择方法:
酸、碱类型
指示剂
强酸——强碱
酚酞或甲基橙
强酸——弱碱(如NH3H2O)
甲基橙
强碱——弱酸(如醋酸)
酚酞
说明:石蕊试液因颜色变化不明显(紫色与蓝色不易辨别),且变色范围过宽,一般不作滴定指示剂。
(2)滴定管的使用:
①酸式滴定管下端有玻璃活塞,碱式滴定管下端有橡胶管。
②滴定管有“0”刻度且在上端。
③滴定管的读数方法:必须平视,视线与凹液面的最低点相切。
④滴定管在用蒸馏水洗涤后必须用待装液润洗2~3次。
(3)减小实验误差的做法
①半分钟:振荡锥形瓶,溶液颜色刚好褪去,半分钟内溶液颜色不变,即滴定终点。
②1~2分钟:滴定停止后,必须等待1~2分钟,附着在滴定管内壁的溶液流下后,再读数。
③取平均值:同一实验,要重复做2~3次,将滴定所用标准溶液的体积相加,取平均值。一定要注意,数值相差太大的要舍弃。
1.【2016年高考江苏卷】下列图示与对应的叙述不相符合的是( )
A.图甲表示燃料燃烧反应的能量变化
B.图乙表示酶催化反应的反应速率随反应温度的变化
C.图丙表示弱电解质在水中建立电离平衡的过程
D.图丁表示强碱滴定强酸的滴定曲线
【答案】A
【解析】燃烧为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,与图甲不符,A错误;反应开始温度升高,酶催化反应的反应速率加快,温度达到一定值,酶(蛋白质)发生变性,催化性能降低,反应速率变慢,B正确;将弱电解质加入水中,一开始弱电解质分子的电离速率大于离子结合成电解质分子的速率,随着电离的进行,二者速率相等,达到电离平衡,C正确;强碱滴定强酸的过程中溶液的pH逐渐增大,当接近滴定终点时pH发生突变,D正确。
2.【2016年高考天津卷】室温下,用相同浓度的NaOH溶液,分别滴定浓度均为0.1molL-1的三种酸(HA、HB和HD)溶液,滴定的曲线如图所示,下列判断错误的是( )
A.三种酸的电离常数关系:KHA>KHB>KHD
B.滴定至P点时,溶液中:c(B-)>c(Na+)>c(HB)>c(H+)>c(OH-)
C.pH=7时,三种溶液中:c(A-)=c(B-)=c(D-)
D.当中和百分数达100%时,将三种溶液混合后:c(HA)+c(HB)+c(HD)=c(OH-)-c(H+)
【答案】C
3.【2016年高考新课标Ⅰ卷】298K时,在20.0mL 0.10mol氨水中滴入0.10 mol的盐酸,溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图所示。已知0.10 mol氨水的电离度为1.32%,下列有关叙述正确的是( )
A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂
B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL
C.M点处的溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-)
D.N点处的溶液中pH<12
【答案】D
1.【2015新课标Ⅰ卷理综化学】浓度均为0.10mol/L、体积均为V0的MOH和ROH溶液,分别加水稀释至体积V,pH随的变化如图所示,下列叙述错误的是( )
A.MOH的碱性强于ROH的碱性
B.ROH的电离程度:b点大于a点
C.若两溶液无限稀释,则它们的c(OH-)相等
D.当=2时,若两溶液同时升高温度,则 增大
【答案】D
【解析】根据图像可知,0.1mol/L MOH溶液的pH=13,说明MOH完全电离,为强电解质,而ROH溶液的pH<13,说明ROH为弱电解质,所以MOH的碱性强于ROH的碱性,A正确;ROH为弱碱,溶液越稀越易电离,所以ROH的电离程度:b点大于a点,B正确;两溶液无限稀释下去,最终的pH均为7,所以它们的氢氧根离子浓度相等,C正确;当=2时,MOH溶液的pH=11,ROH溶液的pH=10,MOH溶液中不存在电离平衡,升高温度,对c(M+)无影响;而ROH溶液中存在电离平衡,升高温度,电离正向移动,则c(R+)浓度增大。综上所述,升高温度时比值减小,D错误。
2.【2015重庆理综化学】下列叙述正确的是( )
A.稀醋酸中加入少量醋酸钠能增大醋酸的电离程度
B.25℃时,等体积等浓度的硝酸与氨水混合后,溶液pH=7
C.25℃时,0.1molL-1的硫化氢溶液比等浓度的硫化钠溶液的导电能力弱
D.0.1 mol AgCl和0.1mol AgI混合后加入1L水中,所得溶液中c(Cl-)=c(I-)
【答案】C
3.【2015山东理综化学】室温下向10mL0.1 molL-1NaOH溶液中加入0.1 molL-1的一元酸HA溶液pH的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.a点所示溶液中c(Na+)>c(A—)>c(H+)>c(HA)
B.a、b两点所示溶液中水的电离程度相同
C.pH=7时,c(Na+)= c(A—)+ c(HA)
D.b点所示溶液中c(A—)> c(HA)
【答案】D
4.【2015广东理综化学】一定温度下,水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图2,下列说法正确的是( )
A.升高温度,可能引起有c向b的变化
B.该温度下,水的离子积常数为1.010-13
C.该温度下,加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D.该温度下,稀释溶液可能引起由c向d的变化
【答案】C
【解析】温度升高,水的离子积增大, c(H+)、c (OH-)都增大,表示的点就不在曲线上,A错误;水的离子积常数K=c(H+)c(OH-),从图可知离子积是1.010-11,不是1.010-13,B错误;加入FeCl3,水解使得溶液酸性增强,c(H+)增大,那么c(OH-)减小,故可能引起由b向a的变化,C正确;温度不变水的离子积不变,稀释溶液后所表示的点还在曲线上,不可能引起由c向d的变化,D错误。
5.【2015广东理综化学】准确移取20.00mL某待测HCl溶液于锥形瓶中,用0.1000molL-1NaOH溶液滴定,下列说法正确的是( )
A.滴定管用蒸馏水洗涤后,装入NaOH溶液进行滴定
B.随着NaOH溶液滴入,锥形瓶中溶液pH由小变大
C.用酚酞作指示剂,当锥形瓶中溶液由红色变无色时停止滴定
D.滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,则测定结果偏小
【答案】B
1.(2014重庆理综,9)中华人民共和国国家标准(GB27602011)规定葡萄酒中SO2最大使用量为0.25 gL-1。某兴趣小组用题图1装置(夹持装置略)收集某葡萄酒中SO2,并对含量进行测定。
(1)仪器A的名称是________,水通入A的进口为________。
(2)B中加入300.00 mL葡萄酒和适量盐酸,加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应,其化学方程式为________________________。
(3)除去C中过量的H2O2,然后用0.090 0 molL-1NaOH标准溶液进行滴定,滴定前排气泡时,应选择图2中的________;若滴定终点时溶液的pH=8.8,则选择的指示剂为________;若用50 mL滴定管进行实验,当滴定管中的液面在刻度“10”处,则管内液体的体积(填序号)________(①=10 mL,②=40 mL,③<10 mL,④>40 mL)。
(4)滴定至终点时,消耗NaOH溶液25.00 mL,该葡萄酒中SO2含量为:________gL-1。
(5)该测定结果比实际值偏高,分析原因并利用现有装置提出改进措施________。
【答案】(1)冷凝管或冷凝器 b
(2)SO2+H2O2===H2SO4
(3)③ 酚酞 ④
(4)0.24
(5)原因:盐酸的挥发;改进措施:用不挥发的强酸如硫酸代替盐酸,或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比实验,排除盐酸挥发的影响
2.(2014江苏卷,1改编)水是生命之源,2014年我国科学家首次拍摄到水分子团簇的空间取向图像,模型如图。下列关于水的说法正确的是( )
A.水不是电解质
B.水的离子积为1.010-14
C.纯水中水的离子积大于稀硫酸中水的离子积
D.温度不同,水的离子积不同
【答案】D
【解析】水能电离出自由移动的H+和OH-,水是一种极弱的电解质,A项错误;水的离子积只与温度有关,室温下水的离子积为1.010-14,B、C项错误。
1. 25 ℃时,水的电离达到平衡:H2OH++OH- ΔH>0,下列叙述正确的是( )
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.向水中加入少量固体醋酸钠,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.将水加热,KW增大,pH不变
【答案】B
【解析】向水中加入稀氨水,增大了c(OH-),平衡逆向移动;加入固体NaHSO4,NaHSO4溶于水后电离生成H+,c(H+)增大,KW不变;加入醋酸钠,CH3COO-结合水电离出的H+,使平衡正向移动,c(H+)降低;将水加热,KW增大,pH减小。
2.25 ℃时纯水的电离度为α1,pH=2的醋酸溶液中水的电离度为α2,pH=12的氢氧化钠溶液中水的电离度为α3。若将上述醋酸与氢氧化钠溶液等体积混合,所得溶液中水的电离度为α4。下列关系式中正确的是( )
A.α2=α3<α4<α1
B.α3=α2<α1<α4
C.α2<α3<α1<α4
D.α1<α2<α3<α4
【答案】A
3.常温下,某溶液中由水电离出的c(H+)和c(OH-)的乘积是110-20,下列说法中正确的是( )
A.该溶液的溶质不可能是NaHCO3
B.该溶液的pH一定是10
C.该溶液的溶质不可能是NaHSO4
D.该溶液的溶质可能是正盐
【答案】A
【解析】由水电离的c(H+)=c(OH-)=110-10 molL-1,故水的电离受到抑制,而NaHCO3能促进水的电离,故溶质不可能为NaHCO3,A项正确;B项,该溶液的pH可能为10或4;C项,若该溶液pH=4时,溶质可以是NaHSO4;D项,正盐对水的电离平衡可能促进,可能无影响,故溶质不可能是正盐。
4.现有pH=5的CH3COOH溶液10 mL,要使其pH增大3,可采取的方法有( )
A.向溶液中加水稀释至10 L
B.加入一定量的NaOH固体
C.加入一定量pH=8的NaOH溶液
D.加入一定浓度的盐酸
【答案】B
【解析】由pH=5增大3得pH=8,说明溶液呈碱性,酸溶液无论如何稀释也不会呈碱性,A项错误;C项,因加入NaOH溶液的pH=8,故酸碱无论怎样中和,pH也只能接近8,不会出现pH=8,C错;D项,因盐酸呈酸性,故无法实现。
5.物质A~E都是由下表中的离子组成的,常温下各物质的溶液从1 mL稀释到1 000 mL,pH的变化关系如图所示,其中A与D反应得到E。请回答下列问题。
阳离子
NH、H+、Na+
阴离子
OH-、CH3COO-、Cl-
(1)根据pH的变化关系,写出物质的化学式:B________,C________。
(2)写出A与C反应的离子方程式:________________________________________________________________________。
【答案】(1)NaOH HCl
(2)NH3H2O+H+===NH+H2O
6.(双选) 25 ℃时,用2a molL-1 NaOH溶液滴定1.0 L 2a molL-1氢氟酸溶液,得到混合液中HF、F-的物质的量与溶液pH的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.pH=3时,溶液中:c(Na+)c(HF)时,溶液一定呈碱性
C.pH=3.45时,NaOH溶液恰好与HF完全反应
D.pH=4时,溶液中:c(HF)+c(Na+)+c(H+)-c(OH-)<2a molL-1
【答案】AD
【解析】A项,pH=3时,c(H+)>c(OH-),溶液中电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(F-)+c(OH-),则
c(Na+)c(HF);C项,NaOH溶液恰好与HF完全反应时得到的溶液为NaF溶液,溶液显碱性;D项,溶液中电荷守恒c(H+)+c(Na+)=c(F-)+
c(OH-),c(H+)+c(Na+)-c(OH-)+c(HF)=c(F-)+c(HF),已知n(F-)+n(HF)=2a mol,溶液的体积大于1.0 L,故c(F-)+c(HF)<2a molL-1。
7.酒石酸是葡萄酒中特有的一种有机酸,葡萄酒的pH主要取决于酒石酸的含量,正常的葡萄酒pH约为2.9~3.8。常温下,酒石酸(用H2T表示)水溶液中三种微粒所占的分数(α)与pH的关系如图所示。下列表述不正确的是( )
A.葡萄酒中除了存在酒石酸外,还存在酒石酸盐
B.常温下,H2TH++HT- Ka=10-3
C.当葡萄酒的pH为3.7时,HT-所占分数达到最大,此时葡萄酒中n(H2T)>n(T2-)
D.当HT-和T2-物质的量浓度相等时,溶液中水电离出来的氢离子浓度小于纯水中氢离子的浓度
【答案】C
8.现有常温下pH=1的乙酸溶液和pH=13的NaOH溶液,下列叙述中正确的是( )
A.乙酸溶液中水的电离程度比NaOH溶液中的小
B.乙酸溶液中的c(CH3COOH)大于NaOH溶液中的c(Na+)
C.若两溶液混合后pH=7,则有c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-)
D.分别稀释10倍,两溶液的pH之和大于14
【答案】B
【解析】A项,由于乙酸中的c(H+)与氢氧化钠溶液中的c(OH-)都为0.1 molL-1,所以对水的电离抑制能力是一样的,故两溶液中水的电离程度一样。B项,乙酸是弱电解质,其中c(H+)等于氢氧化钠溶液中的
c(OH-),c(OH-)≈c(Na+),但是他们都小于乙酸溶液中的c(CH3COOH);C项,乙酸与氢氧化钠溶液混合显中性,根据电荷守恒得:c(Na+)=c(CH3COO-);D项,分别稀释10倍,1
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