【K12教育学习资料】[学习]2019高考化学 第8章(水溶液中的离子平衡)第2节 水的电离和溶液的

第八章水溶液中的离子平衡
李仕才
第二节水的电离和溶液的酸碱性
考点二溶液的酸碱性和pH
1．溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H＋)与c(OH－)的相对大小
2.pH
(1)定义：pH＝－lgc(H＋)。

(2)适用范围：通常应用于c(H＋)、c(OH－)都较小的稀溶液，小于1 mol/L。

(3)表示意义：溶液酸性越强，c(H＋)越大，pH越小；
溶液碱性越强，c(H＋)越小，pH越大。

3．pH的测量方法
(1)酸碱指示剂法
取待测液滴加酸碱指示剂，通过观察溶液颜色的变化来确定溶液的酸碱性。

常用的酸碱指示剂有石蕊、甲基橙、酚酞试液。

其颜色变化及pH变色范围：
(2)pH试纸法
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上，用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部，观察变化稳定后的颜色，与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。

(3)pH计法
用仪器精确测量溶液的pH。

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．任何温度下，利用H＋和OH－浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性。

( √) 2．某溶液的c(H＋)>10－7mol·L－1，则该溶液呈酸性。

( ×)
3．用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH，一定会使结果偏低。

( ×)
4．一定温度下，pH＝a的氨水溶液，稀释10倍后，其pH＝b，则a＝b＋1。

( ×) 5．25 ℃时，pH＝4.5的番茄汁中c(H＋)是pH＝6.5的牛奶中c(H＋)的2倍。

( ×) 6．25 ℃时，某溶液中水电离出的c(H＋)＝10－13，则该溶液的pH一定为13。

( ×) 7．常温下，pH＝3的盐酸和pH＝12的NaOH溶液等体积混合所得溶液呈碱性。

( √) 8．25 ℃时，pH＝2的CH3COOH和pH＝12的NaOH溶液等体积混合所得溶液呈中性。

( ×)
9．25 ℃时，pH＝2的盐酸和pH＝12的氨水等体积混合所得溶液呈酸性。

( ×)
1．pH范围在0～14之间，pH＝0的溶液并非没有H＋，而是c(H＋)＝1 m ol·L－1；pH＝14的溶液并非没有OH－，而是c(OH－)＝1 mol·L－1。

2．溶液显酸碱性的实质是溶液中c(H＋)与c(OH－)的相对大小。

利用c(H＋)大于、小于或等于1×10－7mol·L－1或pH大于、小于或等于7来判断溶液的酸碱性，利用pH判断前提条件是在常温下。

3．使用pH试纸测溶液pH时用蒸馏水润湿相当于将待测液稀释。

4．不能用pH试纸测定“漂白性”溶液的pH。

5．使用pH试纸测溶液的pH，读数只读取整数，如pH＝2。

6．室温下，已知酸和碱pH之和的溶液等体积混合酸碱性分析
(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；一元强碱和一元弱酸等体积混合呈酸性。

溶液的酸碱性与pH
1．下列溶液一定呈中性的是( )
A．c(H＋)＝c(OH－)＝10－6mol·L－1的溶液
B．pH＝7的溶液
C．使石蕊试液呈紫色的溶液
D．酸与碱恰好完全反应生成正盐的溶液
解析：溶液呈中性，则c(H＋)＝c(OH－)，A正确；和常温时相比，如果升高温度，水的K w增大，pH＝7的溶液则会显碱性，B错误；常温下在pH＝5～8的溶液中石蕊均显紫色，所以C项中溶液可显酸性或碱性；D项中生成的正盐如果能够水解，溶液有可能不呈中性。

答案：A
2．下列叙述正确的是( )
A．无论是纯水，还是酸性、碱性或中性稀溶液，在常温下，其c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14
B．c(H＋)＝1×10－7mol·L－1的溶液一定是中性溶液
C．0.2 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)是0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中的c(H＋)的2倍
D．任何浓度的溶液都可以用pH来表示其酸性的强弱
解析：B项，没有指明温度，所以c(H＋)＝10－7mol·L－1的溶液不一定是中性溶液；C 项，对于弱电解质，浓度越大，电离程度越小，所以0.2 mol·L－1 CH3COOH溶液中c(H＋)小于0.1 mol·L－1 CH3COOH溶液中c(H＋)的2倍；D项H＋浓度大于1 m ol·L－1或OH－浓度大于1 mol·L－1的溶液一般不用pH表示。

答案：A
3．常温下，下列叙述不正确的是( )
A．c(H＋)>c(OH－)的溶液一定显酸性
B．pH＝3的弱酸溶液与pH＝11的强碱溶液等体积混合后溶液呈酸性
C．pH＝5的硫酸溶液稀释到原来的500倍，稀释后c(SO2－4)与c(H＋)之比约为1∶10 D．中和10 mL 0.1 mol·L－1醋酸与100 mL 0.01 mol·L－1醋酸所需NaOH的物质的量不同
解析：B项，pH＝3的弱酸溶液与pH＝11的强碱溶液等体积混合，弱酸浓度大，有大量剩余，反应后溶液显酸性。

C项，pH＝5的硫酸溶液稀释到原来的500倍，则溶液接近于中性，c(H＋)约为10－7mol·L－1，c(SO2－4)＝10－5/(2×500)＝10－8mol·L－1，则c(SO2－4)∶c(H ＋)＝1∶10。

D项，两份醋酸的物质的量相同，则所需NaOH的物质的量相同，错误。

答案：D
4．下列说法正确的是( )
A．酸式滴定管和量筒都没有“0”刻度线
B．使用pH试纸时，不能润湿，否则一定会使测定结果不准确
C．若用水润湿过的pH试纸去测pH相等的H2SO4和H3PO4，H3PO4的误差更大
D．pH试纸在酸性较强的环境中显红色，在碱性较强的环境中显蓝色
解析：酸式滴定管有“0”刻度线，A项错误；pH试纸不能润湿，若溶液呈酸性或碱性，测定结果一定有误差，若呈中性，无误差，B项错误；由于H3PO4是弱酸，H2SO4是强酸，稀释相同倍数后，H3PO4的pH增加的比H2SO4小，所以H2SO4的误差大，C项错误。

答案：D
5．已知温度T时水的离子积常数为K w，该温度下，将浓度为a mol·L－1的一元酸HA
与b mol·L－1的一元碱BOH等体积混合。

可判定该溶液呈中性的依据是( ) A．a＝b
B．混合溶液的pH＝7
C．混合溶液中，c(H＋)＝K w mol·L－1
D．混合溶液中，c(H＋)＋c(B＋)＝c(OH－)＋c(A－)
解析：A.a＝b，则二者恰好中和，但反应生成的盐的种类不能确定，酸碱性也不能确定，错误；B.由于水的电离平衡常数只与温度有关，温度没有指明是室温，所以混合溶液的pH ＝7不能确定溶液呈中性，错误；C.由于c(H＋)·c(OH－)＝K w，若混合溶液中，c(H＋)＝K w mol·L－1，则c(H＋)＝c(OH－)，溶液呈中性，正确；D.根据电荷守恒，混合溶液中始终存在c(H＋)＋c(B＋)＝c(OH－)＋c(A－)，错误。

答案：C
6．在室温下等体积的酸和碱的溶液，混合后pH一定小于7的是( )
A．pH＝3的硝酸跟pH＝11的氢氧化钾溶液
B．pH＝3的盐酸跟pH＝11的氨水
C．pH＝3的硫酸跟pH＝11的氢氧化钠溶液
D．pH＝3的醋酸跟pH＝11的氢氧化钡溶液
解析：pH＝3的硝酸中c(H＋)＝1×10－3mol/L，pH＝11的氢氧化钾溶液中c(OH－)＝1×10－3mol/L，在室温下等体积混合后，pH＝7，故A错误；pH＝3的盐酸中c(H＋)＝1×10－3mol/L，pH＝11的氨水中c(OH－)＝1×10－3mol/L，则在室温下等体积混合后，氨水过量，pH>7，故B错误；pH＝3的硫酸中c(H＋)＝1×10－3 mol/L，pH＝11的氢氧化钠溶液中c(OH－)＝1×10－3mol/L，在室温下等体积混合后，pH＝7，故C错误；pH＝3的醋酸c(H＋)＝1×10－3mol/L，pH＝11的氢氧化钡溶液中c(OH－)＝1×10－3 mol/L，由于醋酸为弱酸，c(CH3COOH)>1×10－3 mol/L，则在室温下等体积混合后，醋酸过量，pH<7，故D正确。

答案：D
7．下表是不同温度下水的离子积数据：
(1)若25<t1<t2，则α________(填“>”“<”或“＝”)1×10－14，作出此判断的理由是_____________________________________________
_______________________________________________________________________________ _____________。

(2)在t1时，测得纯水中的c(H＋)＝2.4×10－7mol·L－1，则c(OH－)为________。

该温度下，测得某H2SO4溶液中c(SO2－4)＝5×10－6mol·L－1，该溶液中c(OH－)＝________mol·L －1。

(3)t2℃下，①0.01 mol·L－1的氢氧化钠溶液的pH＝________。

②若10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性，则混合之前，该强酸的pH数值pH1与强碱的pH数值pH2之间应满足的关系是________。

解析：(1)水是弱电解质，存在电离平衡，电离吸热。

所以温度升高，水的电离程度增大，离子积增大；(2)水电离出的氢离子浓度和氢氧根离子浓度相同，某温度下纯水中的c(H ＋)＝2.4×10－7mol·L－1，则此时纯水中的c(OH－)＝2.4×10－7mol·L－1，该温度下，某H
2SO4溶液中c(SO2－4)＝5×10－6mol·L－1，则溶液中氢离子浓度是1×10－5mol·L－1，c(OH－)＝
5.76×10－14
＝5.76×10－9mol·L－1；(3)t2温度下水的离子积常数是1×10－12，①0.01 mol·L 10－5
－1的氢氧化钠溶液的c(H＋)＝1×10－12/0.01＝10－10，则pH＝10；②设强酸的pH＝a，强碱的pH＝b，由t2℃时，若10体积的某强酸溶液与1体积的某强碱溶液混合后溶液呈中性，即
n(H＋)＝n(OH－)，则10×10－a＝1×10b－12,101－a＝10b－12，即1－a＝b－12，则a＋b＝13，即pH(酸)＋pH(碱)＝13。

答案：(1)> 水的电离是吸热过程，升高温度，平衡向电离的方向移动，c(H＋)增大，c(OH－)增大，K w＝c(H＋)·c(OH－)，K w增大
(2)2.4×10－7mol·L－1 5.76×10－9mol·L－1
(3)①10②pH1＋pH2＝13
pH的计算
1 有关pH计算的一般思维模型
关于溶液pH的计算是高考中的重要题型，主要包含直接求溶液的pH、求酸或碱溶液的浓度、所需酸或碱的体积等，无论以哪一种形式出现，均可按照以下方法求解。

特别提示：利用c(H＋)＝K w
－
求pH时，要注意温度是否是25 ℃，K w是否是1.0×10
－14。

2 计算方法
(1)单一溶液pH计算
(2)混合溶液pH计算
(3)溶液稀释时pH的计算
提醒：表中a ＋n<7，b －n>7。

(4)酸碱等体积混合后溶液酸碱性的判断
将强酸、强碱溶液以某体积之比混合，若混合液呈中性，则c(H ＋
)∶c(OH －
)、V 碱∶V 酸、
pH 酸＋pH 碱有如下规律(25 ℃)：因c(H ＋)酸·V 酸＝c(OH －
)碱·V 碱，故有＋
酸－
碱
＝V 碱
V 酸。

在碱溶液中c(OH －
)碱＝
10
－14＋
碱
，将其代入上式得c(H ＋
)酸·c(H ＋
)碱＝
10
－14
·V 碱
V 酸
，两边取负对数
得pH 酸＋pH 碱＝14－lg V 碱
V 酸。

现举例如下：
1．求下列溶液的pH(常温条件下)(已知lg2＝0.3)： (1)0.005 mol·L －1
的H 2SO 4溶液________。

(2)0.001 mol·L －1的NaOH 溶液________。

(3)pH ＝2的盐酸与等体积的水混合________。

(4)pH ＝2的盐酸加水稀释到1 000倍________。

(5)已知CH3COOH的电离常数K a＝1.8×10－5,0.1 mol·L－1的CH3COOH溶液________。

(6)0.1 mol·L－1 NH3·H2O溶液NH3·H2O的电离度为α＝1%，电离度＝
已电离的弱电解质浓度
弱电解质的初始浓度
×100%________。

(7)将pH＝3的HCl与pH＝3的H2SO4等体积混合________。

(8)将pH＝8的NaOH与pH＝10的NaOH溶液等体积混合________。

(9)常温下，将pH＝5的盐酸与pH＝9的NaOH溶液以体积比11∶9混合________。

解析：(5) CH33COO－＋H＋
c初始/mol·L－1 0.1 0 0
c电离/mol·L－1 c(H＋) c(H＋) c(H＋)
c平衡/mol·L－1 0.1－c(H＋) c(H＋) c(H＋)
则K a＝c2＋
0.1－＋
＝1.8×10－5，解得c(H＋)≈1.3×10－3mol·L－1，所以pH＝－lgc(H ＋)＝－lg(1.3×10－3)≈2.9。

(6) NH3·H2－＋NH＋4
c初始/mol·L－1 0.1 0 0
c电离/mol·L－10.1×1% 0.1×1% 0.1×1%
则c(OH－)＝0.1×1% mol·L－1＝10－3mol·L－1，c(H＋)＝K w
－
＝
10－14
10－3
mol·L－1＝10
－11mol·L－1，所以pH＝11。

(8)将pH＝8的NaOH溶液与pH＝10的NaOH溶液等体积混合后，溶液中c(H＋)很明显可
以根据pH来算，可以根据经验公式来求算pH＝10－lg2(即0.3)，所以答案为9.7。

(9)pH＝5的盐酸溶液中c(H＋)＝10－5mol·L－1，pH＝9的NaOH溶液中c(OH－)＝10－5 mol·L－1，两者以体积比11∶9混合，则酸过量，混合液的pH小于7。

c(H＋)＝
10－5×11－10－5×9
11＋9
＝1.0×10－6mol·L－1，pH＝－lg(1.0×10－6)＝6。

答案：(1)2 (2)11 (3)2.3 (4)5 (5)2.9 (6)11
(7)3 (8)9.7 (9)6
2．(1)体积相同，浓度均为0.2 mol·L－1的盐酸和CH3COOH溶液，分别加水稀释10倍，溶液的pH分别变成m和n，则m与n的关系为________。

(2)体积相同，浓度均为0.2 mol·L－1的盐酸和CH3COOH溶液，分别加水稀释m倍、n 倍，溶液的pH都变成3，则m与n的关系为________。

(3)体积相同，pH均等于1的盐酸和CH3COOH溶液，分别加水稀释m倍、n倍，溶液的pH都变成3，则m与n的关系为________。

(4)体积相同，pH均等于13的氨水和NaOH溶液，分别加水稀释m倍、n倍，溶液的pH
都变成9，则m 与n 的关系为________。

答案：(1)m<n (2)m>n (3)m<n (4)m>n
3．在某温度时，测得0.01 mol·L －1的NaOH 溶液的pH ＝11。

(1)该温度下水的离子积常数K w ＝________。

(2)在此温度下，将pH ＝a 的NaOH 溶液V a L 与pH ＝b 的硫酸V b L 混合。

①若所得混合液为中性，且a ＝12，b ＝2，则V a ∶V b ＝________。

②若所得混合液为中性，且a ＋b ＝12，则V a ∶V b ＝________。

解析：(1)由题意知，溶液中c(H ＋)＝10
－11 mol·L －1，c(OH －)＝0.01 mol·L －1，故K w ＝c(H ＋)·c(OH －)＝10－13。

(2)①根据中和反应：H ＋＋OH －===H 2O 。

c(H ＋)·V b ＝c(OH －)·V a
10－2·V b ＝10
－13/10－12·V a V a V b ＝10－210
－1＝1∶10。

②根据中和反应H ＋＋OH －===H 2O
c(H ＋)·V b ＝c(OH －)·V a
10－b ·V b ＝10
－13/10－a ·V a V a V b ＝10－b 10
a －13＝1013－(a ＋b)＝10，即V a ∶V
b ＝10∶1。

答案：(1)10－13 (2)①1∶10 ②10∶1
4．常温下，有pH 为12的NaOH 溶液100 mL ，欲将其pH 变为11，采取下列三种措施(忽略混合过程中溶液体积的变化)，请回答有关问题：
(1)若加水，应加入________mL 。

(2)若用pH ＝10的NaOH 溶液，应加入________mL 。

(3)若用pH ＝2的盐酸，应加入________mL 。

解析：(1)将碱稀释10倍即可使pH 降低1个单位，故需将溶液的总体积扩大到1 000 mL ，加入900 mL 水。

(2)计算出氢氧根离子浓度的变化，设加入pH ＝10的NaOH 溶液x mL ，则1×10－2×100＋1×10－4
×x 100＋x
＝1×10－3，解得x ＝1 000。

(3)碱有剩余，设加入pH ＝2的盐酸y mL ，根据过量计算，1×10－2×100－1×10－2×y 100＋y
＝1×10－3，解得y ＝81.8。

答案：(1)900 (2)1 000 (3)81.8。