第八章水溶液中的离子平衡第二节溶液的酸碱性与pH计算.docx
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第八章水溶液中的离子平衡第二节溶液的酸碱性与pH计算
第8章水溶液中的离子平衡
第二节溶液的酸碱性与pH计算
考点一
溶液的酸碱性与pH
[教材知识层面]
1.溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小(将“>”“=”或“<”填在下表的空格中)。
酸性溶液中
中性溶液中
碱性溶液中
c(H+)>c(OH-)
c(H+)=c(OH-)
c(H+)<c(OH-)
2.溶液的pH
(1)定义式:
pH=-lgc(H+)。
(2)溶液的酸碱性跟pH的关系:
室温下:
(3)pH试纸的适用范围:
0~14
(4)pH试纸的使用:
①方法:
把小片试纸放在表面皿上,用玻璃棒蘸取待测液点在干燥的pH试纸上,试纸变色后,与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
②注意:
pH试纸使用前不能用蒸馏水润湿,否则待测液因被稀释可能会产生误差。
广泛pH试纸只能测出整数值。
[高考考查层面]
命题点1 混合溶液酸碱性的判断规律
1.等浓度等体积一元酸与一元碱混合的溶液——“谁强显谁性,同强显中性”
中和反应
反应后所得溶液的酸碱性
强酸与强碱
中性
强酸与弱碱
酸性
弱酸与强碱
碱性
2.室温下,已知酸和碱pH之和的溶液等体积混合
(1)两强混合:
①若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③若pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时,一元强酸和一元弱碱等体积混合呈碱性;一元弱酸和一元强碱等体积混合呈酸性。
[典题示例]
判断下列溶液在常温下的酸碱性(在括号中填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(1)相同浓度的HCl和NaOH溶液等体积混合。
( )
(2)相同浓度的CH3COOH和NaOH溶液等体积混合。
( )
(3)相同浓度氨水和HCl溶液等体积混合。
( )
(4)pH=2的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合。
( )
(5)pH=3的HCl和pH=10的NaOH溶液等体积混合。
( )
(6)pH=3的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合。
( )
(7)pH=2的CH3COOH和pH=12的NaOH溶液等体积混合。
( )
(8)pH=2的HCl和pH=12的氨水等体积混合。
( )
解析:
(1)相同浓度的HCl和NaOH溶液等体积混合,恰好中和,溶液呈中性。
(2)相同浓度的CH3COOH和NaOH溶液等体积混合,生成强碱弱酸盐,CH3COO-水解使溶液呈碱性。
(3)相同浓度氨水和HCl溶液等体积混合,生成强酸弱碱盐,NH
水解使溶液呈酸性。
(4)pH=2的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合,恰好中和,溶液呈中性。
(5)pH=3的HCl和pH=10的NaOH溶液等体积混合,HCl过量,溶液呈酸性。
(6)pH=3的HCl和pH=12的NaOH溶液等体积混合,NaOH过量,溶液呈碱性。
(7)pH=2的CH3COOH和pH=12的NaOH溶液等体积混合,CH3COOH过量,溶液呈酸性。
(8)pH=2的HCl和pH=12的氨水等体积混合,氨水过量,溶液呈碱性。
答案:
(1)中性
(2)碱性 (3)酸性 (4)中性 (5)酸性 (6)碱性 (7)酸性 (8)碱性
命题点2 关于pH的计算
解答有关pH的计算时,首先要注意温度,明确是25℃还是非25℃,然后判断溶液的酸碱性,再根据“酸按酸”,“碱按碱”的原则进行计算。
1.总体原则
(1)若溶液为酸性,先求c(H+),再求pH;
(2)若溶液为碱性,先求c(OH-),再由c(H+)=
求c(H+),最后求pH。
2.分类剖析(室温时)
(1)强酸溶液:
如浓度为cmol/L的HnA溶液,c(H+)=ncmol/L,所以pH=-lgnc。
(2)强碱溶液:
如浓度为cmol/L的B(OH)n溶液,c(OH-)=ncmol/L,c(H+)=
mol/L,所以pH=14+lgnc。
(3)酸碱混合溶液pH的计算:
①两强酸溶液混合:
c混(H+)=
;
②两强碱溶液混合:
c混(OH-)=
;
③强酸、强碱溶液混合:
若酸过量:
c混(H+)=
,
若碱过量:
c混(OH-)=
。
(4)酸碱溶液稀释时pH的变化:
酸(pH=a)
碱(pH=b)
弱酸
强酸
弱碱
强碱
稀释10n倍
<a+n
a+n
>b-n
b-n
无限稀释
pH趋向于7
[典题示例]
常温下,有如下两种溶液:
①0.01mol·L-1的盐酸;
②0.01mol·L-1的NaOH溶液。
则:
(1)①的pH为多少?
②的pH为多少?
(2)2mL①与3mL②混合后溶液的pH为多少?
(3)3mL①与2mL②混合后溶液的pH为多少?
(4)若将①溶液稀释106后,溶液的pH为多少?
(5)若将②溶液稀释106后,溶液的pH为多少?
答案:
(1)2 12
(2)11+lg2 (3)3-lg2 (4)接近于7,但小于7 (5)接近于7,但大于7
[考点达标层面]
1.现有pH=5的CH3COOH溶液10mL,要使其pH增大3,可采取的方法有( )
A.向溶液中加水稀释至10L
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
解析:
选B 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溶液也不会呈碱性,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。
2.(2015·苏州模拟)将pH=1的盐酸平均分成两份,一份加入适量水,另一份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液,pH都升高了1,则加入的水与NaOH溶液的体积比为( )
A.9 B.10
C.11D.12
解析:
选C 将pH=1的盐酸加适量水,pH升高了1,说明所加的水是原溶液的9倍;另1份加入与该盐酸物质的量浓度相同的适量NaOH溶液后,pH升高了1,则10-1×1-10-1·x=10-2·(1+x),解得x=
,则加入的水与NaOH溶液的体积比为9∶
=11∶1。
考点二
酸碱中和滴定
[教材知识层面]
1.实验原理
(1)用已知浓度的酸(或碱)滴定未知浓度的碱(或酸),根据中和反应的等量关系来测定酸(或碱)的浓度。
(2)利用酸碱指示剂明显的颜色变化,表示反应已完全,指示滴定终点。
指示剂
变色范围的pH
石蕊
<5.0红色
5.0~8.0紫色
>8.0蓝色
甲基橙
<3.1红色
3.1~4.4橙色
>4.4黄色
酚酞
<8.2无色
8.2~10.0粉红色
>10.0红色
2.实验用品
(1)仪器:
酸式滴定管(如图A)、碱式滴定管(如图B)、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。
(2)试剂:
标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。
(3)滴定管的使用:
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
酸式滴定管
氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性
碱式滴定管
碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
3.实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备:
(2)滴定:
(3)终点判断:
等到滴入最后一滴标准液,溶液由红色变为无色,且在半分钟内不恢复原来的颜色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
(4)操作步骤:
①仪器的洗涤:
滴定管(或移液管):
自来水→蒸馏水→待装溶液润洗。
锥形瓶:
自来水→蒸馏水(禁止用所装溶液洗涤)。
②装液调整液面:
装液,使液面一般高于“0”刻度,驱除玻璃尖嘴处的气泡。
③读数:
调整液面在“0”刻度或“0”刻度以下,读出初读数,记为“X.XXmL”,滴定终点,读出末读数,记为“YY.YYmL”,实际消耗滴定剂的体积为(YY.YY-X.XX)mL。
4.数据处理
按上述操作重复二至三次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)=
计算。
[高考考查层面]
命题点1 酸碱中和滴定中仪器、指示剂的选择
1.滴定管的选择
盛放强氧化性溶液、酸性溶液时选择酸式滴定管,如酸性高锰酸钾溶液、硝酸溶液、稀硫酸等。
盛放碱溶液、碱性溶液时选择碱式滴定管,如NaOH溶液、Na2CO3溶液等。
2.指示剂选择的基本原则
变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
(1)不能用石蕊作指示剂。
(2)滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。
[典题示例]
1.实验室现有3种酸碱指示剂,其pH变色范围如下:
甲基橙:
3.1~4.4 石蕊:
5.0~8.0 酚酞:
8.2~10.0
用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液,反应恰好完全时,下列叙述中正确的是( )
A.溶液呈中性,可选用甲基橙或酚酞作指示剂
B.溶液呈中性,只能选用石蕊作指示剂
C.溶液呈碱性,可选用甲基橙或酚酞作指示剂
D.溶液呈碱性,只能选用酚酞作指示剂
解析:
选D NaOH溶液和CH3COOH溶液恰好反应生成CH3COONa时,CH3COO-水解显碱性,而酚酞的变色范围为8.2~10.0,比较接近。
因此答案为D。
2.用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,参考如图所示从下表中选出正确选项( )
选项
锥形瓶中溶液
滴定管中溶液
选用指
示剂
选用滴定管
A
碱
酸
石蕊
乙
B
酸
碱
酚酞
甲
C
碱
酸
甲基橙
乙
D
酸
碱
酚酞
乙
解析:
选D 解答本题的关键是:
①明确酸、碱式滴定管使用时的注意事项,②指示剂的变色范围。
酸式滴定管不能盛放碱,而碱式滴定管不能盛放酸,指示剂应选择颜色变化明显的酚酞或甲基橙,不能选用石蕊。
命题点2 酸碱中和滴定中的误差分析
1.酸碱中和滴定原理
依据原理c(标准)·V(标准)=c(待测)·V(待测),所以c(待测)=
,因c(标准)与V(待测)已确定,因此只要分析出不正确操作引起V(标准)的变化,即分析出结果。
2.常见误差
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱(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
溶液颜色较浅时滴入酸液过快,停止滴定后反加一滴NaOH溶液无变化
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
3.量器的读数方法
(1)平视读数(如图1):
实验室中用量筒、移液管或滴定管量取一定体积的液体;读取液体体积时,视线应与凹液面最低点保持水平,视线与刻度的交点即为读数(即凹液面定视线,视线定读数)。
(2)俯视读数(如图2):
当用量筒测量液体的体积时,由于俯视视线向下倾斜,寻找切点的位置在凹液面的上侧,读数高于正确的刻度线位置,即读数偏大。
(3)仰视读数(如图3):
读数时,由于视线向上倾斜,寻找切点的位置在液面的下侧,因滴定管刻度标法与量筒不同,这样仰视读数偏大。
[典题示例]
1.用已知浓度的盐酸测定未知浓度NaOH溶液的物质的量浓度,待测液放在锥形瓶中。
中和滴定时下列操作会使测定结果偏低的是(锥形瓶中溶液用滴定管量取)( )
A.碱式滴定管未用待测碱液润洗
B.酸式滴定管未用标准盐酸润洗
C.滴定过程中滴定管内不慎有标准液溅出
D.滴定前俯视读数,滴定后读数正确
解析:
选A A项碱式滴定管未用待测碱液润洗,导致实际取用的碱少,则消耗的酸少,结果偏低;B项酸式滴定管未用标准盐酸润洗,会造成消耗的酸多,结果偏高;C项偏高;D项计算出消耗的酸将会偏多,结果偏高(滴定管的“0”刻度在上面)。
2.某学生用已知物质的量浓度的盐酸来测定未知物质的量浓度的NaOH溶液时,选择甲基橙作指示剂。
请填写下列空白:
(1)用标准的盐酸滴定待测的NaOH溶液时,左手握酸式滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视________,直到因加入一滴盐酸后,溶液由黄色变为橙色,并________为止。
(2)下列操作中可能使所测NaOH溶液的浓度数值偏低的是________。
A.酸式滴定管未用标准盐酸润洗就直接注入标准盐酸
B.滴定前盛放NaOH溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥
C.酸式滴定管在滴定前有气泡,滴定后气泡消失
D.读取盐酸体积时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数
(3)若滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如图所示,则起始读数为________mL,终点读数为______mL,所用盐酸溶液的体积为________mL。
解析:
在求c(NaOH)和进行误差分析时应依据公式:
c(NaOH)=
。
欲求c(NaOH),须先求V(HCl)再代入公式;进行误差分析时,要考虑实际操作对V(HCl)的影响,进而影响c(NaOH)。
(1)考查酸碱中和滴定实验的规范操作。
(2)滴定管未用标准盐酸润洗,内壁附着一层水,可将加入的盐酸稀释,消耗相同量的碱,所需盐酸的体积偏大,结果偏高;用碱式滴定管取出的待测NaOH溶液的物质的量一旦确定,倒入锥形瓶后,水的加入不影响OH-的物质的量,也就不影响结果;若排出气泡,液面会下降,故读取V酸偏大,结果偏高;正确读数(虚线部分)和错误读数(实线部分)如图所示,读取V酸酸偏小,结果偏低。
(3)读数时,以凹液面的最低点为基准。
答案:
(1)锥形瓶中溶液颜色变化 在半分钟内不恢复原色
(2)D (3)0.00 26.10 26.10
命题点3 中和滴定原理的拓展应用
1.沉淀滴定
(1)概念:
沉淀滴定是利用沉淀反应进行滴定、测量分析的方法。
生成沉淀的反应很多,但符合条件的却很少,实际上应用最多的是银量法,即利用Ag+与卤素离子的反应来测定Cl-、Br-、I-浓度。
(2)原理:
沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂,滴定剂与被滴定物反应的生成物的溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小,否则不能用这种指示剂。
如用AgNO3溶液测定溶液中Cl-的含量时常以CrO
为指示剂,这是因为AgCl比Ag2CrO4更难溶的缘故。
2.氧化还原滴定
(1)原理:
以氧化剂或还原剂为滴定剂,直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质。
(2)实例:
①酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液
原理:
2MnO
+6H++5H2C2O4===10CO2↑+2Mn2++8H2O
指示剂:
酸性KMnO4溶液本身呈紫色,不用另外选择指示剂,当滴入一滴酸性KMnO4溶液后,溶液由无色变浅红色,且半分钟内不褪色,说明到达滴定终点。
②Na2S2O3溶液滴定碘液
原理:
2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI
指示剂:
用淀粉作指示剂,当滴入一滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色,说明到达滴定终点。
[典题示例]
(1)(2013·江苏高考节选)用0.04000mol/L的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定硫酸镍铵[(NH4)xNiy(SO4)m·nH2O]样品溶液中的Ni2+(离子方程式为Ni2++H2Y2-===NiY2-+2H+),消耗EDTA标准溶液31.25mL。
若滴定管在使用前未用EDTA标准溶液润洗,测得的Ni2+含量将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
(2)(2013·山东高考节选)利用I2的氧化性可测定钢铁中硫的含量。
做法是将钢样中的硫转化成H2SO3,然后用一定浓度的I2溶液进行滴定,所用指示剂为________,滴定反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(3)(2011·上海高考节选)已知:
CuSO4+2NaOH===Cu(OH)2↓+Na2SO4,称取0.1000g提纯后的CuSO4·5H2O试样于锥形瓶中,加入0.1000mol/L氢氧化钠溶液28.00mL,反应完全后,过量的氢氧化钠用0.1000mol/L盐酸滴定至终点,耗用盐酸20.16mL。
上述滴定中,滴定管在注入盐酸之前,先用蒸馏水洗净,再用_____________________________
________________________________________________________________________。
(4)(2009·浙江高考节选)四氯化硅粗产品经精馏后,得到的残留物中常含有铁元素,为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式5Fe2++MnO
+8H+===5Fe3++
Mn2++4H2O。
滴定前是否要滴加指示剂?
________(填“是”或“否”),请说明理由:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)滴定管未润洗,则滴定时所需标准溶液EDTA的量将增多,故测得的Ni2+含量偏高。
(2)利用淀粉溶液遇碘显蓝色的原理,可选用淀粉溶液作指示剂。
滴定反应的离子方程式为I2+H2SO3+H2O===4H++2I-+SO
。
(3)滴定管用蒸馏水洗净后,需再用标准盐酸溶液润洗2~3次。
(4)因MnO
本来有颜色,故不再需其他指示剂。
答案:
(1)偏高
(2)淀粉溶液 H2SO3+I2+H2O===4H++SO
+2I-
(3)标准盐酸溶液润洗2~3次 (4)否 MnO
有色,故不需其他指示剂
[考点达标层面]
Ⅰ.实验室有一瓶失去标签的某白色固体X,已知其成分可能是碳酸或亚硫酸的钠盐或钾盐,且其成分单一。
现某化学小组通过如下步骤来确定其成分:
(1)阳离子的确定:
实验方法及现象:
________________________。
结论:
此白色固体是钠盐。
(2)阴离子的确定:
①取少量白色固体于试管中,然后向试管中加入稀盐酸,白色固体全部溶解,产生无色气体,此气体能使溴水褪色。
②要进一步确定其成分需补做如下实验:
取适量白色固体配成溶液,取少许溶液于试管中,加入BaCl2溶液,出现白色沉淀。
Ⅱ.确认其成分后,由于某些原因,此白色固体部分被空气氧化,该化学小组想用已知浓度的酸性KMnO4溶液来确定变质固体中X的含量,具体步骤如下:
步骤:
称取样品1.000g。
步骤:
将样品溶解后,完全转移到250mL容量瓶中,定容,充分摇匀。
步骤:
移取25.00mL样品溶液于250mL锥形瓶中,用0.01mol·L-1KMnO4标准溶液滴定至终点。
按上述操作方法再重复2次。
(1)写出步骤ⅲ所发生反应的离子方程式_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在配制0.01mol·L-1KMnO4溶液时若仰视定容,则最终测得变质固体中X的含量________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)滴定结果如下表所示:
滴定次数
待测溶液的
体积/mL
标准溶液的体积
滴定前
刻度/mL
滴定后
刻度/mL
1
25.00
1.02
21.03
2
25.00
2.00
21.99
3
25.00
2.20
20.20
则该变质固体中X的质量分数为________。
解析:
题中一个关键点是白色固体成分单一,由阳离子检验可知该盐是钠盐,由实验①可知该盐是亚硫酸盐或亚硫酸氢盐,由实验②可排除该盐是亚硫酸氢盐,该盐应是Na2SO3,Na2SO3易在空气中被氧化生成Na2SO4。
配制0.01mol·L-1KMnO4溶液时若仰视定容,使c(KMnO4)减小,则在进行滴定操作时消耗V(KMnO4)会变大,导致所测Na2SO3含量偏大。
分析滴定数据,第三组数据明显偏小,滴定中误差较大,计算时应舍去。
答案:
Ⅰ.
(1)取固体少许,进行焰色反应实验,焰色为黄色
Ⅱ.
(1)2MnO
+5SO
+6H+===2Mn2++5SO
+3H2O
(2)偏大 (3)63%
以“一元酸的稀释”为载体串联溶液酸碱性知识
高考载体(2010·重庆高考T13)
pH=2的两种一元酸x和y,体积均为100mL,稀释过程中pH与溶液体积的关系如图所示。
分别滴加NaOH溶液(c=0.1mol/L)至pH=7,消耗NaOH溶液的体积为Vx、Vy,则
[知识串联设计]
(1)一元酸x是强酸还是弱酸?
________________________________________________________________________。
(2)通过题图比较一元酸x与一元酸y的相对强弱:
x________(填“强于”或“弱于”)y。
(3)室温下,一元酸y与NaOH溶液恰好完全中和时溶液的pH________(填“大于”“等于”或“小于”)7。
(4)①体积相同、物质的量浓度相同的一元酸x、y中和NaOH的能力是否相同?
________________________________________________________________________。
②pH=2的一元酸x与pH=12的NaOH溶液等体积混合,溶液呈________(填“酸”“碱”或“中”)性。
③pH=2的一元酸y与pH=12的NaOH溶液等体积混合,溶液呈________(填“酸”“碱”或“中”)性。
(5)1体积pH=2的一元酸x与9体积pH=11的NaOH溶液混合,混合溶液的pH是________(忽略溶液混合时溶液体积的变化)。
(6)试比较Vx和Vy的大小:
Vx________(填“大于”“等于”或“小于”)Vy。
答案:
(1)强酸
(2)强于 (3)大于 (4)①相同 ②中 ③酸 (5)4 (6)小于
1.(2015·商丘模拟)已知:
pOH=-lgc(OH-),在常温下溶液中的pH+pOH=14,又已知正常人(人的体温高于室温)的血液pH=7.3,则正常人血液的pOH是( )
A.大于6.7
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- 第八 水溶液 中的 离子 平衡 第二 溶液 酸碱 pH 计算