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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第二冊(cè) 第三章 電離平衡 第二節(jié)水的電離和溶液的pH(備課資料) 一、強(qiáng)酸和弱酸（或強(qiáng)堿和弱堿）的比較 （一）利用稀釋過(guò)程中c(H+)或pH變化的不同進(jìn)行比較： ［例1］將pH相同的鹽酸和醋酸溶液分別稀釋到原體積的m倍和n倍，稀釋后兩溶液的pH相同，m和n的關(guān)系是（ ） A. m=n B. m＞n C. m＜n D.無(wú)法確定 解析：鹽酸和醋酸在稀釋過(guò)程中c(H+)和pH的變化如下圖： 從圖中可看出，稀釋后溶液的pH仍然相同時(shí)，從稀釋的倍數(shù)上看，鹽酸比醋酸小，即m＜n，應(yīng)選C。 答案：C ［例2］將物質(zhì)的量濃度相同的鹽酸和醋酸溶液稀釋到原體積的m倍和n倍，稀釋后pH相同，m和n的關(guān)系是（ ） A.m=n B.m＞n C.m＜n D.無(wú)法確定 解析：物質(zhì)的量濃度相同時(shí)，溶液中鹽酸的H+濃度大于CH3COOH的H+濃度。鹽酸和醋酸稀釋過(guò)程中c(H+)和pH變化如下圖： 從上圖可以看出，稀釋后溶液的pH相同時(shí)，鹽酸稀釋的倍數(shù)比醋酸大，即m＞n，應(yīng) 選B。 答案：B ［例3］有兩瓶pH=2的酸，一瓶是強(qiáng)酸，一瓶是弱酸。現(xiàn)只有石蕊試液、酚酞試液、pH試紙、蒸餾水，而沒(méi)有其他試劑。簡(jiǎn)述如何用最簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)方法判別哪瓶是強(qiáng)酸？ 解析：pH相同的酸溶液直接用指示劑是無(wú)法區(qū)別的。應(yīng)將注意力集中于“蒸餾水”上，利用稀釋前后pH的變化程度不同來(lái)進(jìn)行判別，即各取等體積酸溶液，用蒸餾水稀釋相同倍數(shù)（如100倍），然后用pH試紙分別測(cè)其pH，pH變化大的是強(qiáng)酸。 （二）利用跟金屬反應(yīng)的程度和速度不同進(jìn)行比較。 ［例4］向體積均為1升、pH均為2的鹽酸和醋酸溶液中分別投入0.66克鋅粉，下列哪組曲線(xiàn)變化較符合事實(shí)（ ） 解析：應(yīng)同時(shí)考慮鋅分別與鹽酸和醋酸反應(yīng)的速率和程度。第一步，1升pH=2的鹽酸提供H+的物質(zhì)的量比1升pH=2的醋酸溶液提供的H+少。0.66克鋅（約0.01 mol）對(duì)1升pH=2的鹽酸來(lái)說(shuō)，鋅過(guò)量，對(duì)1升pH=2的醋酸來(lái)說(shuō)，醋酸過(guò)量。因此，鋅與醋酸反應(yīng)產(chǎn)生H2的體積比較大，鋅與醋酸反應(yīng)后溶液中c(H+)比較大。 第二步，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，兩反應(yīng)的速率均減小，但由于醋酸溶液中存在電離平衡CH3COOH CH3COO－+H+，使H+濃度減小較緩慢，所以在同一時(shí)刻鋅和醋酸反應(yīng)的反應(yīng)速率較快。 第三步，何者先停止反應(yīng)？很難判斷。估計(jì)鋅與醋酸的反應(yīng)可能先停止，盡管與醋酸反應(yīng)時(shí)消耗的鋅比較多，但整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中鋅與醋酸反應(yīng)得快。 基于上述綜合性評(píng)價(jià)，比較符合事實(shí)的是選項(xiàng)C 答案：C ［例5］一定量的鎂粉與稀硫酸反應(yīng)，其速率特別快，難以控制。為了能較緩慢地收集氫氣，又使產(chǎn)生氫氣的量不減少，應(yīng)向稀硫酸中加入 ，理由是__________________。 解析：①要使反應(yīng)速率變慢，必須使溶液中c(H+)減小；②要使產(chǎn)生氫氣的量不減小，酸最終提供H+的物質(zhì)的量不能減少。綜合①②知加入的物質(zhì)應(yīng)能使溶液中H+暫時(shí)儲(chǔ)存起來(lái)，反應(yīng)時(shí)又能逐步釋放出來(lái)。 答案：（1）直接加水稀釋 使溶液中c(H+)減小，但H+總數(shù)不變。 （2）加弱酸強(qiáng)堿鹽（如CH3COONa） 使其轉(zhuǎn)化為弱酸，將溶液中的H+儲(chǔ)存起來(lái)，并隨時(shí)能釋放出來(lái)（但不能加碳酸鹽或碳酸氫鹽等）。 （三）利用酸堿中和反應(yīng)后溶液酸堿性的不同進(jìn)行比較。 ［例6］（1）一種pH=2的酸溶液和一種pH=12的堿溶液等體積混合后所得的溶液呈酸性，其可能的原因是（ ） （2）0.01 molL－1的某一元酸溶液和0.01 molL－1的某一元堿溶液等體積混合后所得溶液呈堿性，其可能原因是（ ） A.強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng) B.弱酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng) C.強(qiáng)酸和弱堿溶液反應(yīng) D.生成了一種強(qiáng)酸弱堿鹽 解析：要考慮題中所述的酸是強(qiáng)酸還是弱酸，堿也如此。 ①若pH=2的強(qiáng)酸溶液和pH=12的強(qiáng)堿溶液等體積混合，則所得溶液呈中性。 ②若濃度各為0.01 molL－1的某一元強(qiáng)酸和某一元強(qiáng)堿溶液等體積混合，則所得溶液呈中性。 ③若pH=2的強(qiáng)酸溶液和pH=12的弱堿溶液等體積混合，則因弱堿過(guò)量，所得溶液呈堿性。 ④若濃度各為0.01 molL－1的某一元強(qiáng)酸和某一元弱堿溶液等體積混合，則因生成了強(qiáng)酸弱堿鹽，其溶液呈酸性。 ⑤若pH=2的弱酸溶液和pH=12的強(qiáng)堿溶液等體積混合，則因弱酸過(guò)量，所得溶液呈酸性，生成的鹽是強(qiáng)堿弱酸鹽。 ⑥若濃度各為0.01 molL－1的某一元弱酸和某一元強(qiáng)堿溶液等體積混合，則因生成了弱酸強(qiáng)堿鹽，其溶液呈堿性。 答案：（1）B （2）B 二、生物體內(nèi)的緩沖溶液 生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，需要在具有和保持一定的pH不易變化的溶液中才能正常進(jìn)行。所以維持正常pH范圍很重要?；罴?xì)胞對(duì)于體液酸堿度極其微小的變化很敏感。因?yàn)樯锎呋瘎福┲挥性谝欢ǖ摹ⅹM窄的pH范圍內(nèi)所起的催化作用最大。例如，最適合于胃蛋白酶的范圍pH=1~4，最適合胰蛋白酶的范圍pH=8~9。一旦pH范圍改變，使酶的作用減慢或停止，就會(huì)影響正常生理功能。人體和一些動(dòng)植物體液正常pH范圍見(jiàn)表1和表2。 表1 血液 7.35~7.45 膽汁 7.8~8.6 脊椎液 7.3~7.5 胰液 8.0 唾液 6.5~7.5 乳液 6.6~7.6 胃液 1. 0~3.0 尿液 5.5~7.0 表2 狗血 6.9~7.2 蘋(píng)果汁 2.9~3.3 牛奶 6.3~6.6 葡萄汁 3.5~4.5 蝦 6.8~7.0 甜菜汁 4.9~5.3 牡蠣 6.1~6.6 胡蘿卜汁 4.9~5.3 雞蛋（白） 7.6~8.0 蕃茄汁 4.0~4.4 桃汁 3.4~3.6 馬鈴薯 5.6~6.0 生物體液都具有緩沖作用。生物體液pH變化，直接影響生物體的正常生理功能，嚴(yán)重時(shí)危及生命。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)向體液中加入少量酸或堿時(shí)，pH基本不變，這說(shuō)明生物體液具有緩沖作用。在生物體內(nèi)存在很多緩沖溶液，如人體血液最重要的緩沖對(duì)為H2CO3~NaHCO3。當(dāng)強(qiáng)酸進(jìn)入血液時(shí)，緩沖對(duì)的NaHCO3發(fā)揮抗酸作用，H++HCO H2CO3，使血液中H2CO3濃度增大，但H2CO3可隨血液經(jīng)肺臟分解成H2O和CO2，并通過(guò)呼吸將CO2排出體外。當(dāng)人體血液進(jìn)入堿性物質(zhì)時(shí)，H2CO3發(fā)揮抗堿作用，OH－+H2CO3====HCO+H2O，生成過(guò)量HCO，通過(guò)腎進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此血液pH保持相對(duì)穩(wěn)定。 人體內(nèi)血液pH范圍為7.35~7.45，若在外界因素下，突然低于7或高于7.8，即只要變化0.4單位的比例，就會(huì)有生命危險(xiǎn)。但人體可憑緩沖系統(tǒng)相互作用，相互影響來(lái)維持血液pH相對(duì)穩(wěn)定。生物就是利用緩沖作用和自身排泄作用保證正常的生理活動(dòng)。 （摘自《中學(xué)化學(xué)》xx年第6期，作者：王寬、李森） 三、pH試紙使用過(guò)程中涉及的問(wèn)題 pH試紙是由多種有機(jī)弱酸和有機(jī)弱堿浸泡而成的，本身為姜黃色。遇到酸堿度不同的溶液，可顯示十四種顏色?？啥ㄐ詼y(cè)定氣態(tài)物質(zhì)的酸堿性，也可定量測(cè)定溶液的酸堿度?，F(xiàn)對(duì)其使用過(guò)程中涉及的一些問(wèn)題加以總結(jié)。 （一）定性測(cè)定氣態(tài)物質(zhì)的酸堿性 氣態(tài)物質(zhì)顯酸性（或堿性）是說(shuō)其溶于水后產(chǎn)生H+（或OH－），這就要求使用pH試紙定性測(cè)定其酸堿性之前必須將其潤(rùn)濕。如試紙呈紅色則所測(cè)氣體顯酸性，且紅色愈深，酸性愈強(qiáng)；如試紙顯藍(lán)色，則所測(cè)氣體顯堿性，且藍(lán)色愈深，堿性愈強(qiáng)。 （二）定量測(cè)定溶液的酸堿度 用潔凈干燥的玻璃棒蘸取待測(cè)液，滴在pH試紙上。試紙顯出的顏色跟標(biāo)準(zhǔn)比色卡相比較就可以讀出該溶液的pH。應(yīng)特別指出的是，pH試紙絕不能預(yù)先潤(rùn)濕，否則，相當(dāng)于把待測(cè)液稀釋?zhuān)@樣測(cè)出的pH就有可能產(chǎn)生誤差。 1.如待測(cè)液是中性溶液，不管其濃度是否相同，pH均為7，則不管pH試紙是否預(yù)先潤(rùn)濕，均不會(huì)產(chǎn)生誤差。 2.如待測(cè)液是酸性溶液，pH試紙預(yù)先潤(rùn)濕，相當(dāng)于將原溶液稀釋?zhuān)琧(H+)降低，測(cè)得pH偏高；如待測(cè)液是堿性溶液，pH試紙預(yù)先潤(rùn)濕，即將原溶液稀釋?zhuān)琧(OH－)降低，測(cè)得pH偏低。 3.對(duì)酸溶液或堿溶液而言，pH試紙預(yù)先潤(rùn)濕所造成的誤差還須從酸或堿的強(qiáng)、弱角度去進(jìn)一步考慮?，F(xiàn)以用預(yù)先潤(rùn)濕的pH試紙測(cè)c(H+)相同的H2SO4和CH3COOH溶液的pH為例加以分析。假定所用pH試紙等大，潤(rùn)濕程度一致，測(cè)定時(shí)向試紙上加酸體積相等，則相當(dāng)于把兩種待測(cè)溶液稀釋相同倍數(shù)，此時(shí)H2SO4pH升高的幅度大于CH3COOHpH升高幅度，最終H2SO4的pH大于CH3COOH的pH。即用預(yù)先潤(rùn)濕的pH試紙測(cè)c(H+)相同的強(qiáng)酸和弱酸的pH，強(qiáng)酸的誤差更大。 這是因?yàn)閺?qiáng)酸和強(qiáng)堿是強(qiáng)電解質(zhì)，在水中完全電離，稀釋到原體積的n倍，c(H+)或c(OH－)就降為原來(lái)的1/n；弱酸和弱堿是弱電解質(zhì)，在水中部分電離，稀釋促進(jìn)其電離。稀釋到原體積的n倍，c(H+)或c(OH－)就降到比原來(lái)1/n大的某值，故出現(xiàn)上述情況。 （摘自《中學(xué)化學(xué)》xx年第11期，作者：趙福江） 四、pH的實(shí)際應(yīng)用 pH的測(cè)定和控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和醫(yī)療等方面都很重要。在工業(yè)上．例如，氯堿工業(yè)生產(chǎn)中所用食鹽水的pH要控制在l 2左右．以除去其中的Ca2+和Mg2+等雜質(zhì)。在無(wú)機(jī)鹽的生產(chǎn)中，為了分離所含的雜質(zhì)Fe3+．常把無(wú)機(jī)鹽溶液的pH調(diào)到5左右，此時(shí)Fe3+形成 Fe(OH)。沉淀而分離析出，其他陽(yáng)離子卻留在溶液中。在農(nóng)業(yè)上，土壤的pH關(guān)系到農(nóng)作物的生長(zhǎng)．有的作物如芝麻、油菜、蘿卜等可以生長(zhǎng)在較大的pH范圍內(nèi)，有的卻對(duì)土壤的pH反應(yīng)非常敏感，如，茶樹(shù)適宜在pH約為4.0～5.5的土壤中生長(zhǎng)。在醫(yī)療上．測(cè)定血液等的pH可以幫助診斷疾病。例如，人體內(nèi)血液的pH一般在7.35～7.45范圍內(nèi)，如果超過(guò)這個(gè)范圍，一便屬于病理現(xiàn)象。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中pH是影響某些反應(yīng)過(guò)程的重要因素．因此測(cè)定時(shí)控制溶液pH，就如控制溫度和濃度等同樣重要。 綜合能力訓(xùn)練 1．已知在100℃的溫度下．水的離子積KW=110-12本題涉及的溶液，其溫度均為100℃下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A．0.005 mol L－1的H2SO4溶液，pH=2 B．0.001 molL－1的NaOH溶液．PH=11 C．0.005 molL－1的H2SO4溶液與0.0l molL－1的NaOH溶液等體積混合，混合溶液的pH為6，溶液顯酸性 D．完全中和Ph=3的H2SO4溶液50 mL，需要pH=1l的NaOH溶液50 mL 答案：A 2．一定溫度下，有a鹽酸、b硫酸、c醋酸三種酸： ①當(dāng)其物質(zhì)的量濃度相同時(shí)。c(H+)由大到小的順序是 。 ②同體積、同物質(zhì)的量濃度的三種酸溶液，中和NaOH的能力由大到小的順序是 。 - ③當(dāng)其c(H+))相同時(shí)，物質(zhì)的量濃度由大到小的順序?yàn)? 。 ④當(dāng)c(H+)相同、體積相同時(shí)，分別加入足量鋅，相同狀況下產(chǎn)生的氣體體積由大到小的順序?yàn)? 。 ⑤當(dāng)c(H+)相同、體積相同時(shí)，同時(shí)加入形狀、密度、質(zhì)量完全相同的鋅。若產(chǎn)生相同體積的氫氣(相同狀況)，則開(kāi)始時(shí)反應(yīng)速率的大小關(guān)系是 ，反應(yīng)所需時(shí)間的長(zhǎng)短關(guān)系是 。 ⑥將c(H+)相同的三種酸溶液均加水稀釋至體積為原來(lái)的10倍后。c(H+)由大到小的 順序?yàn)? 答案：①b>a>c ②b>a：c ③c>a>b ④c>a—b ⑤都相同 a—b>c ⑥c>a=b