2022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(第二課時(shí))
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1、2022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(第二課時(shí)) [復(fù)習(xí)提問(wèn)]常溫下,溶液中的c(H+)和c(OH-)有什么關(guān)系? [生]乘積等于1×10-14 [師]溶液的酸堿性由什么決定? [生]由H+和OH-濃度的相對(duì)大小決定。 [引入新課]既然溶液中H+和OH-濃度的乘積為一常數(shù),那么只要我們知道溶液中的H+或OH-濃度,就會(huì)知道溶液顯酸性還是顯堿性,如某溶液中H+濃度為1×10-9mol·L-1,我們一看就知道該溶液顯堿性,但對(duì)于很稀的溶液,離子濃度小,用H+或OH-濃度來(lái)表示其酸堿性很不方便,因此,在化學(xué)上常用pH來(lái)表示溶液的酸堿性,我們這
2、節(jié)課就學(xué)習(xí)pH的有關(guān)計(jì)算。 [板書(shū)]2.溶液的pH [師]我們已經(jīng)知道,pH=7時(shí)溶液呈中性,pH>7溶液顯堿性,pH<7溶液顯酸性,那么pH與溶液中H+濃度有何關(guān)系呢?規(guī)定,溶液的pH等于H+濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。 [板書(shū)]pH=-lg{c(H+)} [講述并板書(shū)]若某溶液c(H+)=m×10-nmol·L-1,那么,該溶液的pH=n-lgm [師]請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)pH的計(jì)算方法填寫(xiě)下表。 [投影] c(H+) mol·L-1 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 1
3、0-13 10-14 PH 酸堿性 [學(xué)生填完后,指定學(xué)生匯報(bào)結(jié)果,最后得出下列結(jié)論] c(H+) mol·L-1 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 PH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 酸堿性 —————酸性減弱 中性—————堿性增強(qiáng) [問(wèn)]在上表中,
4、c(H+)=10-3mol·L-1的溶液中c(OH-)等于多少? [生]10-11mol·L-1 [師]你是怎樣求出來(lái)的? [生]用水的離子積除以c(H+)。 [師]請(qǐng)同學(xué)們做以下練習(xí)。 [投影]1.求0.05 mol·L-1的H2SO4溶液的pH。 2.求0.5 mol·L-1的Ba(OH)2溶液的H+濃度及pH [指定兩個(gè)學(xué)生板演] 答案:1.pH=1 2.c(H+)==10-14(mol·L-1),pH=14 [師]如果我們已知某溶液的pH,怎樣求該溶液的H+或OH-濃度呢?下面我們看一道題。 [投影][例]:計(jì)算pH=2的H2SO4溶液中濃度及溶液中OH-濃度。
5、 [問(wèn)]根據(jù)pH的計(jì)算公式,可推出由pH計(jì)算溶液H+濃度的公式嗎? [學(xué)生回答教師板書(shū)]c(H+)=10-pH [師]下面我們來(lái)算一下這道題。 [副板書(shū)]解:c(H+)=10-2mol·L-1 [以下師生邊分析邊板書(shū)] 因?yàn)? mol H2SO4電離出2 mol H+,所以c(H2SO4)=c(H+)=0.5×10-2mol·L-1=5×10-3mol·L-1 因?yàn)閏(OH-)=,所以c(OH-)= [師]請(qǐng)同學(xué)們自己完成以下練習(xí): [投影]求pH=9的NaOH溶液中的c(OH-)及由水電離出的c(OH-)水。 答案c(OH-)=10-5 mol·L-1 c(OH-)水
6、=10-9 mol·L-1 [問(wèn)題探究]已知100℃時(shí),純水的離子積為1×10-12,此時(shí)純水的pH等于多少?呈酸性嗎?為什么? [學(xué)生討論得出答案]此時(shí)純水中的但并不呈酸性,而是中性,。因?yàn)榇藭r(shí)水中的c(H+)=c(OH-)=10-6 mol·L-1,和H+和OH-的濃度相等,所以水仍是中性的 [師]那么請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算一下,100℃時(shí),pH=7的溶液是酸性還是堿性的? [生]因?yàn)?00℃時(shí),pH=6的溶液是中性的,pH>6的溶液中, c(OH-)> c(OH+),因而pH=7的溶液堿性的. [總結(jié)]從這個(gè)問(wèn)題我們可以看出,只有在常溫下,才能說(shuō)pH=7的溶液顯中性,溫度改變時(shí),中性溶液
7、的pH可能大于7,也可能小于7。 [師]下面我們看一看溶液在稀釋時(shí)pH有何變化。 [板書(shū)]①溶液稀釋后pH的計(jì)算 [投影]1.常溫下,取0.1 mL 0.5 mol·L-1的硫酸,稀釋成100 mL的溶液,求稀釋后溶液的pH。 [師]請(qǐng)同學(xué)們先求一下稀釋前溶液的pH。 [學(xué)生計(jì)算后回答]pH=0。 [師]稀釋后H+的物質(zhì)的量是否改變? [生]不變。 [師]請(qǐng)同學(xué)們算一下稀釋后溶液的pH。 [一個(gè)學(xué)生板演] c(H+)==1×10-3 mol·L-1 pH=-lg1×10-3=3 [師]堿稀釋后如何求溶液的pH呢?下面我們?cè)僮鲆坏李}。 [投影]2.pH=13的NaOH溶
8、液稀釋1000倍,求稀釋后溶液的pH。 [師]pH=13的NaOH溶液中c(H+)和c(OH-)分別為多少? [生]c(H+)為10-13 mol·L-1,c(OH-)為10-1 mol·L-1。 [師]NaOH溶液中的H+來(lái)源于什么?OH-主要來(lái)源于什么? [生]H+來(lái)自水的電離,而OH-主要來(lái)自NaOH的電離。 [講述]NaOH溶液稀釋時(shí),由于水的電離平衡發(fā)生移動(dòng),所以溶液中H+的物質(zhì)的量也有很大變化,但由NaOH電離出的OH-的物質(zhì)的量是不變的,所以稀釋時(shí)溶液中OH-的物質(zhì)的量幾乎不變(由水電離出的OH-可忽略不計(jì))。在計(jì)算堿溶液稀釋后的pH時(shí),必須先求出稀釋后溶液中的OH-濃
9、度,再求出H+,然后再求溶液的pH。下面我們做一下第2題。 [以下邊分析邊板書(shū)] 解:pH=13的NaOH溶液中c(OH-)= =10-1 mol·L-1,稀釋1000倍后,c(OH-)==10-4 mol·L-1,所以c(H+)==10-10mol·L-1 pH=-lg10-10=10 [投影練習(xí)] 1.常溫下,將0.05 mL 1 mol·L-1的鹽酸滴加到50 mL純水中,求此溶液的pH。 2.pH=10的NaOH加水稀釋至原來(lái)的100倍,求稀釋后溶液的pH。 答案:1.pH=3 2.pH=8 [師]如將pH為5的HCl溶液稀釋1000倍,溶液的pH為多少? [生甲]
10、pH=8 [生乙]pH接近于7但比7小。 [師]酸稀釋后可能變成堿嗎? [生]不能。 [師]所以甲的回答是錯(cuò)誤的。 [講述]在上述的幾道題中,實(shí)際上我們都忽略了水的電離。但當(dāng)溶液很稀,由溶質(zhì)電離出的H+或OH-濃度接近10-7 mol·L-1時(shí),水的電離是不能忽略的,忽略水的電離,會(huì)引起很大誤差。下面我們共同計(jì)算pH=5的HCl溶液稀釋1000倍后的pH. [副板書(shū)] 解:設(shè)pH=5的HCl取1體積,水取999體積。 則稀釋后:c(H+)=≈1.1×10-7mol·L-1 pH=7-lg1.1<7 [師]同學(xué)們從以上的幾道例題可以找出溶液稀釋時(shí)pH的計(jì)算規(guī)律嗎? [學(xué)生討
11、論后回答,教師總結(jié)并板書(shū)] a.pH=n的強(qiáng)酸稀釋10m倍,稀釋后pH=n+m; b.pH=n的強(qiáng)堿稀釋10m倍,稀釋后pH=n-m; c.若按上述公式算出的pH改變了溶液本身的性質(zhì),則稀釋后pH一定接近7,酸略小于7,堿略大于7。 [師]下面我們?cè)儆懻撊芤夯旌蠒r(shí)pH的計(jì)算方法。 [板書(shū)]②溶液混合后pH的計(jì)算 [投影]1.將pH=8和pH=10的兩種NaOH溶液等體積混合后,溶液中c(H+)最接近( ) A.×(10-8+10-10) mol·L-1 B.(10-8+10-10) mol·L-1 C.(1×10-4+5×10-10) mol·L-1 D.2×10-1
12、0 mol·L-1 [分析]兩種性質(zhì)相同的溶液混合后,所得溶液的濃度可根據(jù)溶質(zhì)和溶液體積分別相加后,再重新求解,要求堿溶液的pH,必須先求混合液OH-濃度。 [副板書(shū)]解:因?yàn)閜H=8,所以c(H+)=10-8 mol·L-1 則c(OH-)= =10-6 mol·L-1 又因?yàn)閜H=10,所以c(H+)=10-10 mol·L-1 則c(OH-)= =10-4 mol·L-1 等體積混合后: c(OH-)= ≈×10-4 mol·L-1 所以c(H+)==2×10-10 mol·L-1 所以答案為D。 [投影]2.常溫下,pH=4的HCl和pH=10的NaOH等體積混合,
13、求混合液的pH。 [啟發(fā)學(xué)生思考]酸的c(H+)和堿的c(OH-)分別為多少?鹽酸和NaOH以等物質(zhì)的量反應(yīng)后生成什么? [結(jié)論]混合液pH=7。 [師]請(qǐng)同學(xué)們討論一下pH=5的鹽酸和pH=10的NaOH等體積混合溶液顯什么性? pH=3的鹽酸與pH=10的NaOH等體積混合后溶液顯什么性?你從中可找到什么規(guī)律? [學(xué)生討論后回答,教師總結(jié)并板書(shū)] pH酸+pH堿>14,pH混>7 pH酸+pH堿<14,pH混<7 pH酸+pH堿=14,pH混=7 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿等體積混合 [講述]我們這節(jié)課主要學(xué)習(xí)了pH的計(jì)算方法,從pH的取值范圍我們可以看出,當(dāng)H+或OH-濃
14、度大于1 mol·L-1時(shí),用pH表示溶液酸堿性并不簡(jiǎn)便,此時(shí)pH會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,因此,對(duì)于c(H+)或c(OH-)大于1 mol·L-1的溶液,直接用H+或OH-濃度來(lái)表示溶液的酸堿性。 我們這節(jié)課學(xué)習(xí)的溶液的pH與生產(chǎn)、生活有著密切的聯(lián)系,是綜合科目考試的熱點(diǎn),下面請(qǐng)同學(xué)們討論以下兩題: 血液 肺 [投影]1.人體血液的pH保持在7.35~7.45,適量的CO2可維持這個(gè)pH變化范圍,可用以下化學(xué)方程式表示:H2O+CO2 H2CO3 H++HCO。又知人體呼出的氣體中CO2體積分?jǐn)?shù)約5%。下列說(shuō)法正確的是( ) A.太快而且太深的呼吸可以導(dǎo)致堿
15、中毒。(pH過(guò)高) B.太快而且太深的呼吸可導(dǎo)致酸中毒。(pH過(guò)低) C.太淺的呼吸可導(dǎo)致酸中毒。(pH過(guò)低) D.太淺的呼吸可導(dǎo)致堿中毒。(pH過(guò)高) 答案:AC 2.生物上經(jīng)常提到緩沖溶液,向緩沖溶液中加少量酸或少量堿,pH幾乎不變。舉例說(shuō)明生物上常見(jiàn)的緩沖溶液加酸或加堿時(shí)pH幾乎不變的原因。 答案:常見(jiàn)的緩沖溶液:①Na2CO3與NaHCO3 ②NaH2PO4與Na2HPO4 ③NH4Cl與NH3·H2O等。 以NH4Cl與NH3·H2O為例說(shuō)明:在NH4Cl與NH3·H2O的混合溶液中,NH4Cl====NH+Cl-,NH3·H2O NH+OH-,加酸時(shí)N
16、H3·H2O電離出的OH-中和了加進(jìn)去的H+,使NH3·H2O電離平衡正向移動(dòng),溶液pH幾乎不變。加堿時(shí),溶液中的NH與OH-結(jié)合,生成NH3·H2O,使溶液pH幾乎不變。 [布置作業(yè)]課本習(xí)題二 三、2 ●板書(shū)設(shè)計(jì) 2.溶液的pH pH=-lg{c(H+)} 若c(H+)=m×10-nmol·L-1,則pH=n-lgm ①溶液稀釋后pH的計(jì)算 a.pH=n的強(qiáng)酸稀釋10m倍,稀釋后pH=n+m; b.pH=n的強(qiáng)堿稀釋10m倍,稀釋后pH=n-m; c.若按上述公式算出的pH改變了溶液本身的性質(zhì),則稀釋后pH一定接近7,酸略小于7,堿略大于7。 ②溶液混合后pH的計(jì)算
17、 pH酸+pH堿>14,pH混>7 pH酸+pH堿<14,pH混<7 pH酸+pH堿=14,pH混=7 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等體積混合 ●教學(xué)說(shuō)明 本節(jié)的重點(diǎn)是溶液pH的計(jì)算,但在給出pH的計(jì)算公式之后,求出H+濃度,再代入公式求pH學(xué)生是很容易掌握的。本節(jié)課在教學(xué)中通過(guò)典型例題和練習(xí),在使學(xué)生掌握pH的簡(jiǎn)單計(jì)算的同時(shí)理解以下幾個(gè)問(wèn)題:①pH≠7 的溶液不一定不是中性的;②要計(jì)算堿的混合液的pH,必須先求OH-濃度,再求H+濃度,最后再求pH;③溶液稀釋?zhuān)旌蠒r(shí)pH的計(jì)算規(guī)律。從而使學(xué)生從更深更廣的角度認(rèn)識(shí)pH。 參考練習(xí) 1.某溶液在25℃時(shí)由水電離出的H+的濃度為1×10-
18、12 mol·L-1,下列說(shuō)法正確的是( ) A.HCO、HS-、HPO等離子在該溶液中不能大量共存 B.該溶液的pH可能為2 C.向該溶液中加入鋁片后,一定能生成H2 D.若該溶液中的溶質(zhì)只有一種,它一定是酸或者是堿 解答提示:“由水分子電離出的H+濃度為1×10-12 mol·L-1,這是水的電離平衡被抑制的結(jié)果。抑制水電離的物質(zhì),可能是NaOH等堿,也可能是HCl等非強(qiáng)氧化性酸,還可能是HNO3這樣的強(qiáng)氧化性酸,另外也可能是NaHSO4這樣的鹽?!? 答案:AB 2.25℃,NaOH溶液pH為a,某酸溶液pH為b,a + b=14, a≥11,將兩種溶液按等體積混合,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.混合溶液的pH必定為7 B.混合溶液pH≤7 C.向混合溶液中加入Cl2溶液,可能生成Mg(OH)2沉淀 D.混合溶液中可能有兩種溶液 解答提示:酸溶液中的酸可能是強(qiáng)酸,也可能是弱酸 答案:BD 3.在25℃時(shí),若10體積的強(qiáng)酸溶液與1體積的強(qiáng)堿溶液混合后溶液呈中性,則混合之前,該強(qiáng)酸溶液的pH與強(qiáng)堿溶液的pH之和應(yīng)滿足的關(guān)系是( ) 答案:pH酸+ pH堿=15
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