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2019-2020年高中化学第三章物质在水溶液中的行为第1节水溶液第2课时教学设计1鲁科版选修【教学目标】知识与技能使学生理解水的电离以及水的离子积常数的含义,并能应用水的离子积常数进行相关计算;认识溶液的酸、碱度与H+、OH—浓度,以及与PH的关系,会进行有关PH的简单计算;知道强、弱电解质的区别,理解弱电解质电离平衡的含义,并掌握其表示方法过程与方法使学生了解从单一物质到多种物质、分清主次矛盾的研究思路,初步学会对复杂体系研究的一般方法情感态度与价值观通过认识调控溶液的酸碱度、PH在工农业生产中的重要作用,使学生体会化学对人类生产、生活的作用【教学过程】
一、溶液的酸碱性与pH
1.水的电离平衡与溶液的酸碱性关系水的电离是一种动态平衡,在纯水中加入酸,则抑制了水的电离平衡,使c(H+)c(OH—),溶液显酸性同理,向纯水中加碱,溶液中的c(OH—)c(H+),溶液显碱性
2.溶液中的pH
(1)pH与溶液的酸碱性关系对于酸碱性较弱的溶液,用c(H+)或c(OH—)的浓度大小表示溶液的酸碱性强弱很不方便,化学上常用pH来表示溶液酸碱性的强弱pH=—lg[H+]溶液的酸碱性与c(OH—)和c(H+)相对大小、c(H+)和pH的关系如下表所示一般25℃25℃中性溶液c(H+)=c(OH—)c(H+)=110-7pH=7酸性溶液c(H+)c(OH—)c(H+)110-7pH7碱性溶液c(H+)c(OH—)c(H+)110-7pH72溶液的pH测定方法
①pH试纸常用的pH试纸有广泛pH试纸(pH范围1—14或0—10,可识别的差值为1)和精密pH试纸(pH范围较窄,可以判别的pH差值为
0.2或
0.3)pH试纸的使用方法取一片pH试纸,放在洁净的表面皿或玻璃片上,用玻璃棒蘸取待测液点于试纸中央,然后与标准比色卡对照
②pH计法精确测量溶液的pH的方法
二、pH的应用
1.医疗山当体内的酸碱平衡失调时,血液的pH是诊断疾病的一个重要的参数,而利用药物调控pH则是辅助治疗的重要手段之一
2.生活中人们洗发时用的护发素,其主要功能就是调节头皮的pH使之达到适宜的酸碱度
3.在环保领域中,酸性或碱性废水处理常常利用中和反应,在中和反应处理的过程中可用pH自动测定仪进行检测和控制
4.农业生产中,因土壤的pH影响植物对不同形态养分的吸收及养分的有效性,各种植物的生长都对土壤的pH范围有一定的要求
5.在科学实验和工业生产中,溶液的pH的控制常常是影响实验结果或产品质量,产量的一个关键因素
三、溶液的pH的计算
1.基本思路根据pH的定义pH=—lg[H+],溶液的pH计算的核心是确定溶液中的[H+]的大小具体地,酸性溶液必先确定溶液中的[H+];碱性溶液必先确定[OH—],再由[OH—][H+]=Kw换算成[H+],然后进行pH的计算
2.计算类型及方法
(1)单一溶液pH的计算
①强酸溶液强酸溶液的pH计算方法是根据酸的浓度选求出强酸溶液中的cH+然后对其取负对数就可求得pH
②强碱溶液强酸溶液的pH计算方法是根据碱的浓度先求出强碱溶液中的cOH-然后利用该温度下的Kw求出cH+然后求pH
③其它溶液其它溶液的pH计算方法是想办法求出溶液中的cH+然后取负对数
(2)稀释型(指单一溶质加水稀释或相当于水的稀释作用)实质稀释前后酸或碱的物质的量不变一般计算公式C1V1=C2V2,据此求出稀释后酸或碱的物质的量的浓度特殊结论
①若为酸强酸,pH=a,稀释10n倍,PH=a+n;若为弱酸,pH=a,稀释10n倍,a<PH<a+n;
②若为碱强碱,PH=a,稀释10n倍,pH=a-n;弱碱,PH=a,稀释10n倍,a-n<pH<a;
(3)混合型(多种溶液混合)
①强酸混合强酸混合后溶液的pH求算的方法是先求出混合后的cH+混,即cH+混=[cH+1V1+cH+2V2]÷V1+V2再根据公式pH=-lg{cH+}求pH
②强碱溶液混合强碱混合后溶液的pH求算的方法是先求出混合后的cOH-混,即cOH-混=[cOH-1V1+cOH-2V2]÷V1+V2,再通过KW求出cH+最后求pH
③强酸和强碱溶液混合这里的混合,实为中和,要发生反应H++OH-=H2O中和后溶液的pH有三种情况若恰好中和,pH=7;若酸有剩,根据中和后剩余的cH+即CH+(过)=[CH+1V1-COH-2V2)]/V1+V2再求pH此时pH<7;若碱有剩,根据中和后剩余的cOH-即COH-过=[COH-1V1-CH+2V2)]/V1+V2,然后通过KW求出cH+,最后求pH此时pH>7『特别提醒』
(1)若酸的溶液无限稀释,则无论酸的强弱,PH一律接近于7;若碱的溶液无限稀释,则无论碱的强弱,PH一律接近于7
(2)若两强酸等体积混合,可采用速算法混合后溶液的pH等于混合前溶液pH小的加上
0.3;若两强碱溶液等体积混合,可采用速算法混合后溶液的pH等于混合前溶液pH大的减去
0.3
四、酸碱指示剂的变色原理酸碱指示剂是一些有机弱酸或弱碱,这些弱酸或弱碱与其共轭碱或共轭酸具有不同的颜色现以酚酞指示剂为例加以说明 酚酞是一有机弱酸,其Ka=6×10-10,它在溶液中的离解平衡可用下式表示 从离解平衡式可以看出,当溶液由酸性变化到碱性,平衡向右方移动,酚酞由酸式色转变为碱色,溶液由无色变为红色;反之,由红色变为无色 以HIn代表弱酸性指示剂,其离解平衡可用下式表示 由此可见,酸碱指示剂的变色和溶液的pH值相关现以弱酸性指示剂为例来讨论指示剂的变色与溶液pH值之间的数量关系已知弱酸性指示剂在溶液中的离解平衡为式中KIn为指示剂的离解平衡常数,通常称为指示剂常数在一定温度下,酸碱指示剂KIn是一个常数因此,溶液的颜色就完全决定于溶液的pH值溶液中指示剂颜色是两种不同颜色的混合色当两种颜色的浓度之比是10倍或10倍以上时,我们只能看到浓度较大的那种颜色一般认为,能够看到颜色变化的指示剂浓度比[In-]/[HIn]的范围是1/10~10如果用溶液的pH值表示,则可表示为当pH值在pKIn-1以下时,溶液只显指示剂的酸式色; pH值在pKIn+1以上时,只显其碱式色 当pH在pKIn-1到pKIn+1之间时,才能看到指示剂的颜色变化情况,故指示剂的变色范围为pH=pKIn±1 因此,根据理论上推算,指示剂的变色范围是两个pH单位
五、溶液pH计算的三种类型1.单一溶液1强酸先求出溶液的[H+],再通过pH=-lg[H+]求溶液的pH2强碱先求出溶液的[OH-],再通过[H+]=KW/[OH-]求出溶液的[H+],最后求得pH2.强酸、强碱的稀释1强酸pH=a,加水稀释10n倍,则pH=a+n无限稀释,pH约等于72强碱pH=b,加水稀释10n倍,则pH=b-n无限稀释,pH约等于73.溶液的混合1强酸和强酸求解方法求[H+]→pH,[H+]=[H+]1V1+[H+]2V2/V1+V2速算规律当V1=V2,pH相差2个单位以上时,pH混=pH小+
0.32强碱和强碱求解方法先求[OH-]→再求[H+]→pH[OH-]=[OH-]1V1+[OH-]2V2/V1+V2;[H+]=Kw/[OH-]速算规律当V1=V2,pH相差2个单位以上时,pH混=pH大-
0.33强酸与强碱求解方法
①求出混合前酸溶液中nH+、碱溶液中nOH-;
②根据混合时反应H++OH-===H2O判断反应情况;
③若nH+=nOH-,则恰好完全反应,溶液显中性,pH=7若nH+>nOH-,则酸过量,剩余[H+]=,pH=-lg[H+]若nOH->nH+,则碱过量,剩余[OH-]=[H+]=Kw/[OH-],pH=-lg[H+]
六、检测题
1.常温下,关于溶液的稀释下列说法正确的是 A.pH=3的醋酸溶液稀释100倍,pH=5B.若1mLpH=1的盐酸与100mLNaOH溶液混合后,溶液的pH=7,则NaOH溶液的pH=11C.将1L
0.1mol·L-1的BaOH2溶液稀释为2L,pH=12D.pH=8的NaOH溶液稀释100倍,其pH=
62.在常温下,将pH=8的NaOH溶液与pH=10的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH最接近于 A.
8.3 B.
8.7 C.9 D.
9.
73.常温下,将
0.1mol·L-1NaOH溶液与
0.04mol·L-1H2SO4溶液等体积混合,该混合溶液的pH等于 A.
1.7B.
2.0C.12D.
12.
44.室温时,将xmLpH=a的稀NaOH溶液与ymLpH=b的稀盐酸充分反应下列关于反应后溶液pH的判断,正确的是 A.若x=y,且a+b=14,则pH>7B.若10x=y,且a+b=13,则pH=7C.若ax=by,且a+b=13,则pH=7D.若x=10y,且a+b=14,则pH>
75.在25℃时,有pH=a的盐酸和pH=b的NaOH溶液,取VaL盐酸与NaOH溶液中和,需VbLNaOH溶液,问1若a+b=14,则Va/Vb=________填数字2若a+b=13,则Va/Vb=________填数字3若a+b>14,则Va/Vb=________填表达式,且Va________Vb填“>”、“<”或“=”4若a+b=15,则Va/Vb=________填数字
6.已知某温度下纯水的pH=61pH=7的溶液呈________填“酸性”“中性”或“碱性”2该温度下
0.1mol·L-1的盐酸溶液的pH=___________________________________3该温度下
0.05mol·L-1的BaOH2溶液的pH=________4该温度下,将pH=11的苛性钠溶液V1L与pH=1的稀硫酸V2L混合设混合后溶液的体积为原两溶液体积之和,所得混合溶液的pH=2,则V1∶V2=____________________参考答案
1.【解析】 A项,pH=3的醋酸溶液在稀释过程中电离平衡正向移动,稀释100倍时,3<pH<5;B项,pH=7,则1×10-3L×
0.1mol·L-1=
0.1L×[OH-],[OH-]=1×10-3mol·L-1,pH=14-3=11;C项,
0.1mol·L-1BaOH2溶液稀释到2L时,[OH-]=mol·L-1=
0.1mol·L-1,[H+]=1×10-13mol·L-1,pH=13;D项,NaOH溶液是碱溶液,无论怎么稀释,pH在常温下不可能成为6,只能无限接近于7【答案】 B
2.【解析】 稀溶液混合体积近似等于两种溶液体积之和强碱溶液混合,应按[OH-]计算[OH-]混=1×10-6mol·L-1+1×10-4mol·L-1/2=
5.05×10-5mol·L-1,[H+]混=KW/[OH-]≈2×10-10mol·L-1,pH≈
9.7【答案】 D
3.【解析】 NaOH过量,过量的[OH-]==
0.01mol·L-1,故pH=12【答案】 C
4.【解析】本题主要考查有关pH的简单计算由题意知nNaOH=x·10a-14·10-3mol,nHCl=y·10-b·10-3mol,所以nNaOH∶nHCl==×10a+b-14若x=y,且a+b=14,则nNaOH=nHCl,pH=7;若10x=y且a+b=13,则nNaOHnHCl,pH7;若ax=by且a+b=13则,nNaOH与nHCl大小不确定,pH亦不确定;若x=10y且a+b=14,则nNaOH>nHCl,pH>7,D正确【答案】D
5.【解析】 依题意有pH=a的盐酸中,[H+]=1×10-amol·L-1;pH=b的NaOH溶液中,[H+]=1×10-bmol·L-1,[NaOH]=mol·L-1==10b-14mol·L-1完全中和应满足[HCl]Va=[NaOH]Vb,故===10a+b-141若a+b=14,则Va/Vb=1014-14=100=1;2若a+b=13,则Va/Vb=1013-14=10-1=;3若a+b>14,则Va/Vb=10a+b-14>1,则Va>Vb;4若a+b=15,则Va/Vb=1015-14=10【答案】 11 2 310a+b-14 >
4106.【解析】该温度下,Kw=[H+][OH-]=10-12mol2·L-21pH=7时,[H+]=10-6mol·L-1,[OH-]=10-5mol·L-1,[H+][OH-]溶液呈碱性2pH=-lg[H+]=-lg
0.1=13[H+]==10-11mol·L-1,pH=114反应后酸剩余[H+]==10-2mol·L-1,V1∶V2=9∶11【答案】1碱性 21 311 49∶11 。