高中化学第三章水溶液中的离子平衡第二节第3课时pH的应用学案新人教版选修4

第3课时pH的应用
学习目标核心素养
1.了解在日常生活、生产中pH的应用。

2．掌握酸碱中和滴定的原理。

3．掌握酸碱中和滴定的操作方法和误差分析。

4．了解指示剂的选择。

1.证据推理与模型认知,依据酸碱中和滴定原理,拓展其他滴定的原理方法、操作过程,并会设计滴定实验。

2．科学探究与创新意识：结合自然现象、生活问题、生产实际,能分析解释有关事实,进行简单的方案设计。

3．科学态度与社会责任：了解生活生产中溶液平衡的应用,认识水溶液中的离子反应和平衡对生产生活和社会发展的作用。

一、pH在生产生活中的应用
1．pH与人体健康的关系
(1)血液pH诊断疾病：人体的各种体液都有一定的pH,以保证正常的生理活动,当酸碱平衡失调时,人体就表现出病变,可以利用检测血液中的pH诊断疾病。

(2)药物调控pH辅助治疗：利用护发素保护头发,就是通过调节头发的pH使之达到适宜的酸碱度。

2．pH在环保上的应用
在环保上对酸性或碱性的废水,可以利用中和反应调节pH。

利用在酸性废水中加碱性废渣或通过碱性滤料层过滤使之中和；对碱性废水,可以通过加酸性废水或通入烟道气中和。

3．土壤pH与土壤有效成分含量的关系
土壤的pH影响植物对养分的吸收及养分的有效性,各种作物的生长也都对土壤的pH范围有一定的要求,应注意保持土壤的酸碱度等。

二、酸碱中和滴定
1．概念：利用中和反应用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。

2．原理：
(1)实质：H＋＋OH－===H2O(填离子方程式)。

(2)原理：酸提供的H＋与碱提供的OH－的物质的量相等。

即c(H＋)·V酸＝c(OH－)·V碱(均为强电解质)。

3．仪器和试剂：
(1)仪器⎩⎪⎨⎪⎧ 酸式滴定管如图a 碱式滴定管如图b
滴定管夹、锥形瓶、铁架台、烧杯
(2)试剂：标准液、待测液、指示剂。

4．实验操作(以用盐酸标准液滴定NaOH 溶液为例)：
(1)滴定前准备。

①检查：使用滴定管前,首先要检查滴定管是否漏水。

②润洗：滴定管加入酸、碱反应液之前,先用蒸馏水洗涤干净,然后分别用待装液润洗2～3次。

③装液：分别将酸、碱反应液加入酸式、碱式滴定管中,使液面位于“0”刻度以上2_mL ～3_mL 处。

④调液：调节活塞或玻璃球,使滴定管尖嘴部分充满反应液,并使液面处于“0”刻度或“0”刻度以下。

⑤放液：从碱式滴定管中放出一定量的NaOH 溶液于锥形瓶中,并滴2～3滴指示剂(甲基橙或酚酞)。

(2)滴定。

①左手控制滴定管,右手摇动锥形瓶。

②眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化。

③终点判断：当滴入最后一滴盐酸时,刚好使锥形瓶中的溶液变色,且在半分钟内不变色,即到终点。

读数并记录。

5．实验数据的处理：
重复滴定操作2～3次,取消耗标准液体积的平均值,根据c(NaOH)＝c HCl·V HCl
,计算出待测NaOH溶液的浓度c(NaOH)。

V NaOH
三、酸碱中和滴定曲线及意义
用0.100 0 mol/L NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol/L HCl溶液过程中的pH变化。

意义：当酸碱中和反应接近滴定终点(pH＝7)时,很少量的酸或碱就会引起溶液pH突变。

用甲基橙或酚酞的颜色变化来表示反应终点,其误差都在实验允许的范围之内。

探究点一酸碱中和滴定实验的关键
1．准确测定参加反应的两种溶液的体积
要准确测定参加反应的两种溶液的体积,应选用更加精确的仪器：酸式滴定管、碱式滴定管、移液管的读数精确到0.01 mL,可准确量取一定量的试液。

滴定管刻度：(如图)0刻度在上,从上往下读,量程有25 mL、50 mL。

滴定管精确度：取到小数点后两位,如：24.00 mL、23.38 mL最后一位是估计值。

酸式滴定管下端是玻璃活塞,用来盛放酸性或具有氧化性的溶液(酸、溴水、KMnO4溶液等,不能盛放NaOH溶液等)。

碱式滴定管下端是由乳胶管、玻璃球组成的阀,用于盛装碱性或无氧化性的溶液,不能盛装酸性、氧化性溶液及有机溶剂(橡胶易被腐蚀)。

2．准确判断中和反应是否恰好反应完全——选用合适的酸碱指示剂
(1)酸碱指示剂在中和滴定中发挥作用的原理
酸碱指示剂在中和滴定中发挥作用的原理,可用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液来说明。

用盐酸滴定NaOH溶液时,从表面看,似乎没有变化,但实质上,在滴定过程中,溶液的pH 发生了很大的变化。

滴定前,由于还未加盐酸,滴定的pH决定于待测NaOH溶液的浓度,因此溶液的pH很大,为强碱性。

随着盐酸的滴入,NaOH不断被中和,c(OH－)不断减小,pH也不断减小。

当滴入的HCl与NaOH恰好完全中和时,溶液中只有NaCl和H2O,因此pH为7。

如果此时再滴加1滴盐酸的话,由于HCl过量,溶液将立即由中性变为酸性,pH小于7。

根据上述滴定过程中溶液的pH的变化,我们可以选择合适的指示剂,并根据指示剂在酸性或碱性溶液中的颜色变化,准确地判断中和反应是否恰好进行完全。

例如,我们可以在待测的NaOH溶液中滴入几滴酚酞试液,溶液呈红色,随着盐酸的滴入,当溶液恰好由红色突变为无色时,说明HCl与NaOH反应完全。

(2)酸碱指示剂的选择
(3)滴定终点判断的答题模板：
当滴入最后一滴×××标准溶液后,溶液变成××色,且半分钟内不恢复原来的颜色。

说明：解答此类题目注意三个关键点：
(1)最后一滴：必须说明是滴入“最后一滴”溶液。

(2)颜色变化：必须说明滴入“最后一滴”溶液后溶液“颜色的变化”。

(3)半分钟：必须说明溶液颜色变化后“半分钟内不再恢复原来的颜色”。

1．酸碱中和滴定实验中,酸碱恰好完全反应时就是滴定终点,这种说法正确吗？
提示：(1)恰好中和是指酸、碱按化学方程式的计量关系完全反应,酸、碱都没有剩余。

恰好中和时溶液的酸碱性取决于生成盐的性质,溶液不一定呈中性。

(2)滴定终点是指示剂变色点,是实验操作中的概念。

滴定终点与恰好中和是有差距的,不可能完全一致。

2．酸碱中和滴定实验中,能否用石蕊作指示剂指示滴定终点？
提示：不能。

因为石蕊在滴定终点时的颜色变化对比不明显,且变色范围太大,不能灵敏地指示滴定终点。

【例1】用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,如下图甲、乙,从下表中选出正确选项( )
【思路分析】在酸碱中和滴定中,指示剂常选用颜色变化明显的酚酞或甲基橙,不能选用石蕊。

另外,无论是标准溶液滴定待测溶液,还是待测溶液滴定标准溶液,只要操作正确,都能达到目的。

【解析】酸式滴定管不能盛放碱液,同样碱式滴定管不能盛放酸液。

指示剂应选择颜色变化明显的酚酞或甲基橙。

在酸碱中和滴定中,无论是用标准溶液滴定待测液还是用待测液滴定标准溶液,只要操作正确,都能达到测定的目的。

【答案】 D
用物质的量浓度为a mol·L－1的标准NaOH溶液去滴定V mL盐酸,请填写下列空白：
(1)碱式滴定管用蒸馏水洗净后,接下来应该进行的操作是用标准碱液润洗。

(2)用标准NaOH溶液滴定时,应将标准NaOH溶液注入乙(填“甲”或“乙”)中。

(3)如图是碱式滴定管中液面在滴定前后的读数,c(HCl)＝V2－V1a
V
mol·L－1。

(4)取20.00 mL待测盐酸放入锥形瓶中,并滴加2～3滴酚酞做指示剂,用自己配制的标准NaOH溶液进行滴定。

重复上述滴定操作2～3次,记录数据如下。

①滴定达到终点的标志是溶液由无色恰好变成浅红色,且半分钟内不褪色。

②根据上述数据,可计算出该盐酸的浓度约为0.11 mol·L －1
(保留两位有效数字)。

探究点二 酸碱中和滴定的误差分析
1．依据
分析误差要根据计算式：c 待测＝c 标准×V 标准V 待测,当用标准液滴定待测液时,c 标准、V 待测均为定
值,c 待测的大小由V 标准的大小决定。

2．误差分析
在进行误差分析时,要特别注意弄懂俯视(视线偏高)及仰视(视线偏低)的含义,并会区分俯视、仰视对量筒、滴定管产生误差的不同(如图)。

以盐酸标准溶液滴定未知浓度的NaOH 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：
【例2】实验室用标准盐酸滴定某NaOH溶液,用甲基橙作指示剂。

下列操作中可能使
测定结果偏低的是( )
A ．酸式滴定管在装液前未用标准酸溶液润洗2～3次
B ．开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡,在滴定过程中气泡消失
C ．滴定前平视读数,滴定后俯视读数
D ．盛NaOH 溶液的锥形瓶滴定前用NaOH 溶液润洗2～3次
【思路分析】 误差分析要先写出计算式,然后分析错误操作造成的影响。

分析影响时要抓住测定数据这个根本,也就是错误操作对标准液的消耗量有何影响。

【解析】 酸式滴定管在装液前未用标准酸溶液润洗,则相当于把标准液稀释了,滴定消耗标准液的体积增大,使测定结果偏高,A 错误；开始实验时酸式滴定管尖嘴部分有气泡,在滴定过程中气泡消失,气泡的体积也算进了标准液,使消耗标准液的体积偏大,结果偏高,B 错误；滴定前平视读数,滴定后俯视读数,由于滴定管的“0”刻度在上边,俯视使读数偏小,得到的消耗标准液的体积偏小,结果偏低,C 正确；盛NaOH 溶液的锥形瓶不能用NaOH 溶液润洗,否则增加了待测液的量,使消耗标准液的体积偏大,结果偏高,D 错误。

【答案】 C
在中和滴定操作过程中,有以下各项因操作不当而引起的实验误差,用“偏高”“偏低”或“无影响”等填空：
(1)滴定管用蒸馏水洗净后,未用已知浓度的标准溶液润洗,使滴定结果偏高。

(2)锥形瓶用蒸馏水洗净后,又用待测溶液润洗,使滴定结果偏高。

(3)滴定管(装标准溶液)在滴定前尖嘴处有气泡,滴定过程中气泡消失,使滴定结果偏高。

(4)滴定前平视,滴定终点俯视,使滴定结果偏低。

(5)用NaOH 溶液滴定盐酸(酚酞作指示剂),当加入一滴NaOH 溶液时溶液呈浅红色,此时便停止滴定,使滴定结果偏低。

(6)用含Na 2O 杂质的NaOH 固体来配制已知浓度的标准溶液,用于滴定未知浓度的盐酸,使测得盐酸的浓度偏低。

(7)用含Na 2CO 3杂质的NaOH 固体来配制已知浓度的标准溶液,用于滴定未知浓度的盐酸,使测得盐酸的浓度偏高。

(8)洗涤锥形瓶时,误把稀食盐水当作蒸馏水,然后用锥形瓶装待测的盐酸,用NaOH 标准溶液滴定时,对测得的结果无影响。

解析：中和滴定误差分析的依据是c 待＝
c 标·V 标V 待,若向待测溶液(置于锥形瓶)中滴加标准溶液(置于滴定管),则由V
标来分析实验误差。

(1)滴定管装液前未用标准溶液润洗,会使标准
溶液被冲稀,导致所耗V标偏大,使测定的c待偏高。

(2)锥形瓶装液前用待测溶液润洗,会使锥形瓶内待测液的溶质增加,导致所耗V标偏大,使测定的c待偏高。

(3)气泡的体积计入了标准溶液,结果偏高。

(4)滴定终点俯视读数,将使读数V标读小了,V标偏低因而c待偏低。

(5)终点判断提前(应保持半分钟不褪色),结果偏低。

(6)NaOH中含有Na2O,则标准溶液的浓度已经偏高(62 g Na2O相当于80 g NaOH),因而所需滴入的标准溶液的体积偏小,测得结果偏低。

(7)把标准溶液视为Na2CO3溶液,由于53 g Na2CO3相当于40 g NaOH,所以中和相同量的盐酸所需Na2CO3溶液的体积比NaOH溶液大,使V标偏高,结果偏高。

(8)食盐水对结果无影响。

1．在一支25 mL的酸式滴定管中盛入0.1 mol·L－1的盐酸,其液面的最低点恰好在5 mL 的刻度处,若把滴定管中的溶液全部放入锥形瓶中,然后用0.1 mol·L－1的NaOH进行中和滴定,消耗NaOH溶液的体积为( C )
A．等于20 mL B．小于20 mL
C．大于20 mL D．等于5 mL
解析：酸碱式滴定管中刻度线下有一部分容积没有算在体积内,所以V(HCl)>20 mL,则中和酸消耗的NaOH溶液的体积应大于20 mL。

2．下列某种仪器中盛有一定量KMnO4溶液,甲同学平视读数为n mL,乙同学仰视读数为x mL,丙同学俯视读数为y mL,若x>n>y,则该仪器是( B )
A．量筒B．酸式滴定管
C．容量瓶D．碱式滴定管
解析：量取KMnO4溶液,应该用量筒或酸式滴定管,不能用碱式滴定管,因其有强氧化性。

根据读数,应为酸式滴定管,因其零刻度在上。

3．如下图为10 mL一定物质的量浓度的盐酸X用一定物质的量浓度的NaOH溶液Y滴定的图像,依据图像推出X和Y的物质的量浓度是下表内各组中的( D )
A B C D
X/mol·L －1
0.12 0.04 0.03 0.09 Y/mol·L －1
0.04
0.12
0.09
0.03
解析：由图知,30 mL NaOH 溶液恰好中和10 mL 盐酸,即3Y ＝X,表中A 、D 属此种情况,但A 组中X ＝0.12 mol/L,c (H ＋
)＝0.12 mol/L,pH<1,不符合图像,D 组中X ＝0.09 mol/L,pH>1,加入20 mL NaOH 后溶液中的c (H ＋
)＝
0.09 mol/L×0.01 L－0.03 mol/L×0.02 L 0.01 L ＋0.02 L ＝1×10－2mol/L,pH ＝－lg(1×10－2
)＝2,正好符
合题意。

4．下列实验操作不会引起误差的是( C ) A ．酸碱中和滴定时,用待测液润洗锥形瓶
B ．酸碱中和滴定时,用冲洗干净的滴定管盛装标准溶液
C ．用NaOH 标准溶液测定未知浓度的盐酸溶液时,选用酚酞作指示剂,实验时不小心多加了几滴
D ．用标准盐酸测定未知浓度NaOH 结束实验时,酸式滴定管尖嘴部分有气泡,开始实验时无气泡
解析：A.锥形瓶一定不要用待测液润洗,否则使待测液的量偏大,消耗标准液的体积偏大从而使所测浓度偏大。

B.冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液,还是量取待测溶液,都必须用待装溶液润洗2～3次,否则会使标准溶液或待测溶液比原来溶液的浓度偏小,影响结果。

C.在滴定过程中,指示剂略多加了几滴,一般不影响实验结果,因为指示剂不会改变反应过程中酸和碱的物质的量。

D.中开始实验时酸式滴定管中无气泡,结束实验时有气泡,会导致所读取的V (HCl)偏小,依据V (HCl)·c (HCl)＝V (NaOH)·c (NaOH)所测的c (NaOH)偏小。

5．用0.1 mol·L －1
NaOH 溶液滴定0.1 mol·L －1
盐酸,如达到滴定的终点时不慎多加了1滴(约0.05 mL)NaOH 溶液,继续加水至50 mL,所得溶液的pH 是( C )
A ．4
B ．7.2
C ．10
D ．11.3
解析：用NaOH 溶液滴定盐酸,达到终点时溶液呈中性。

“多加了1滴(约0.05 mL)NaOH 溶液,继续加水至50 mL”相当于将1滴0.1 mol·L －1
NaOH 溶液稀释至50 mL,此时溶液中OH
－
浓度为：
c (OH －
)＝0.1 mol·L －1
×0.05 mL 50 mL
＝1×10－4 mol·L －1
,
c (H ＋)＝
K w
c OH
－
＝1×10
－10
mol·L －1
,pH ＝10。

6．两人用同一瓶盐酸滴定同一瓶NaOH 溶液。

甲将锥形瓶用NaOH 待测液润洗后,使用水洗过的碱式滴定管取碱液于锥形瓶中；乙则用甲用过的滴定管取碱液于刚用蒸馏水洗过且存
有蒸馏水的锥形瓶中,其他操作及读数均正确,你的判断是( A )
A ．甲操作有错
B ．乙操作有错
C ．甲测定数值一定比乙小
D ．乙实际测得值偏小
解析：锥形瓶不应用碱液润洗。

甲用过的滴定管对乙来说已润洗过。

7．在25 ℃时,用0.125 mol·L －1
的标准盐酸滴定25.00 mL 未知浓度的NaOH 溶液所得滴定曲线如图所示,图中K 点代表的pH 为( A )
A ．13
B ．12
C ．10
D ．11
解析：由图示可知,在V (HCl)＝20.00 mL 时,pH ＝7,HCl 与NaOH 恰好完全反应,由
c (HCl)·V (HCl)＝c (NaOH)·V (NaOH)知c (NaOH)＝c HCl ·V HCl
V NaOH
＝
0.125 mol·L －1
×20.00 mL 25.00 mL ＝0.1 mol·L －1。

由K w ＝c (H ＋)·c (OH －)知,0.1 mol·L －1
的
NaOH 溶液的c (H ＋
)＝10
－13 mol·L －1
,即其pH ＝13。

8.阅读下列实验内容,根据题目要求回答问题。

某学生为测定未知浓度的硫酸溶液,实验如下：用1.00 mL 待测硫酸配制100 mL 稀硫酸溶液；以0.14 mol·L －1
的NaOH 溶液滴定上述稀硫酸25.00 mL,滴定终止时消耗NaOH 溶液15.00 mL 。

(1)该学生用标准0.14 mol·L－1 NaOH溶液滴定硫酸的实验操作如下：
A．用酸式滴定管取稀硫酸25.00 mL,注入锥形瓶中,加入指示剂
B．用待测液润洗酸式滴定管
C．用蒸馏水洗干净滴定管
D．取下碱式滴定管用标准的NaOH溶液润洗后,将标准液注入碱式滴定管“0”刻度线以上2～3 cm处,再把碱式滴定管固定好,调节液面至刻度“0”或“0”刻度以下E．检查滴定管是否漏水
F．另取锥形瓶,再重复操作一次
G．把锥形瓶放在滴定管下面,瓶下垫一张白纸,边滴边摇动锥形瓶直至滴定终点,记下滴定管液面所在刻度
①滴定操作的正确顺序是ECDBAGF(用序号填写)；
②该滴定操作中应选用的指示剂是酚酞；
③在G操作中如何确定终点？溶液由无色变为浅红色(或粉红色),且半分钟不褪去。

(2)碱式滴定管用蒸馏水润洗后,未用标准液润洗导致滴定结果偏大(填“偏小”“偏大”或“无影响”)。

(3)配制100 mL准确浓度的稀硫酸溶液,必须使用的主要容器是100_mL_容量瓶。

(4)如有1 m ol·L－1和0.1 mol·L－1的NaOH溶液,应用0.1 mol·L－1的NaOH溶液,原因是溶液浓度越稀,误差就越小。

(5)用标准NaOH溶液滴定时,将标准NaOH溶液注入乙(填“甲”或“乙”)中。

(6)观察碱式滴定管读数时,若滴定前仰视,滴定后俯视,则结果会导致测得的稀硫酸溶液浓度测定值偏小(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

解析：(1)中和滴定的步骤为检查→洗涤→润洗→加液→滴定,故顺序为ECDBAGF；指示剂可以使用酚酞；达到滴定终点时,溶液由无色变为浅红色(或粉红色),且半分钟不褪去。

(2)若滴定管没有用标准溶液润洗,相当于溶液被稀释,消耗的标准溶液体积就大,从而使测定结果偏大。

(3)配制100 mL的溶液应选用100 mL的容量瓶。

(4)进行滴定时,所用标准溶液浓度越稀,误差就越小,故选用0.1 mol·L－1的氢氧化钠溶液。

(5)氢氧化钠溶液应注入碱式滴定管乙中。

(6)当读数时,开始仰视,会使读数偏大,后来俯视,会使读数偏小,计算出的体积会偏小,从而使测定结果偏小。