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科普教育小论文竞赛系列:关于溶液pH的问题探究

发布时间:2019年09月02日 16:15 作者: 点击:[]

关于溶液pH的问题探究

江苏省徐州市铜山中学221116张道启

pH是用以衡量溶液酸碱性的度量,pH与溶液相关知识有着紧密的联系,在理念高考和模考中都对其进行了深度的考查,现对其中的几个重难点问题进行深入探究。

一、关于溶液pH的几个“不一定”

溶液的酸碱性与pH有着紧密的联系,化学中常利用pH来研究溶液酸碱性的强弱,但如果对概念理解不到位容易产生错误的认识,如认为中性溶液的pH一定为7,酸碱中和滴定结束后溶液pH一定为7。溶液的pH计算是基于离子浓度进行的,因此需要通过理性的计算来加以判断。

1、中性溶液的pH不一定为7

在常温下水电离出的H+OH-浓度均为1 10-7mol/L,因此pH=7,即溶液呈中性,但并不能偏颇的认为中性溶液的pH一定为7。由于水的电离是一个吸热的过程,温度对其电离程度有着直接的影响:温度升高,水电离程度增大,因此不同温度下的中性溶液pH也不相同,即不一定为7

1:温度为100时,纯水的离子积常数KW=1 10-12,现已知NaCl溶液的溶度为0.1mol/L,下列说法错误的是(

A. c(H+)=1 10-6mol/L

B. c(H+)=c(OH-)

C. 溶液的pH=6

D. 溶液呈酸性

解析:在NaCl溶液中,H+OH-均来自于水的电离,并且两者的浓度相等。已知此时水的离子积常数KW=1 10-12,则c(H+)=c(OH-)=1 10-6mol/L,即溶液的pH=6,溶液依然为中性,故选项D错误。

2、酸碱中和滴定结束后溶液pH不一定为7

在酸碱中和滴定时常用已知酸或碱的物质的量来测量未知溶液的酸或碱的物质的量,其基本依据是滴定过程中消耗的H+OH-的物质的量相等,即滴定的终点是所用的n(H+)=n(OH-),因此不能简单的认为此时的pH7

2:现实验室采用已知浓度的HCl来滴定NaOH溶液和稀NH3·H2O,则滴定终点时刻的溶液pH分别为( )。

A. pH>7pH=7    B. pH=7pH<7    C. pH=7pH>7    D. pH<7pH=7

解析:由条件可知,HCl溶液中的n(H+)=n(HCl)NaOH溶液中的n(OH-)=n(NaOH),由于NH3·H2O呈现弱碱性,则n(OH-)<n(NH3·H2O)。滴定NaOH溶液的终点是消耗的n(HCl)= n(NaOH),此时的H+OH-恰好进行了中和反应,则pH=7;而滴定稀NH3·H2O的终点是n(HCl)=n(NH3·H2O),中和之后的H+还会有一定的剩余,则pH<7。故正确答案为B

二、关于溶液pH对沉淀生成与溶解的影响

从化学平衡角度来分析,外界因素对金属难溶物沉淀的生成与溶解有着一定的影响,除了受到较为显著的温度影响外还会受到溶液pH的影响,以金属氢氧化物的沉淀为例,当金属对应盐的Ksp与对应氢氧化物沉淀的Ksp相差不大时,增大溶液pH,可以促进金属氢氧化物沉淀的生成。

3:在常温状态下二价态的Zn于水溶液中的存在形式和溶液的pH有关,具体情形如右图,其中图的纵坐标表示Zn2+或者Zn(OH)   的物质的量浓度的对数,下列选项的说法正确的是( )。

A. 当溶液的pH<12时,溶液中不存在Zn(OH)  

B. 若溶液中c(Zn2+)=0.1 mol/L,则c(H+) 1 10-6mol/L

C. 将溶液的pH控制在8~12,可以将溶液中的Zn2+分离出来

D. 沉淀Zn(OH)2的溶解平衡Zn(OH)2(s) Zn2+(aq)+2OH-(aq)的平衡常数为1 10-10

解析:由图像可知,当溶液的pH小于12,溶液中存在沉淀的溶解平衡,则必然存在Zn(OH)   ,则A错误;分析图可知,当c(Zn2+)=0.1 mol/L时,c(H+)=1 10-6 mol/L,则要求c(H+)的最小值需为1 10-6 mol/L,即c(H+) 1 10-6 mol/L,则B正确;当溶液的pH8~12之间时,锌以Zn(OH)2沉淀的形式分离出,则C正确;图像的点a可以确定Zn(OH)2的溶解平衡方程为Zn(OH)2(s) Zn2+(aq)+2OH-(aq),溶解平衡常数为1 10-17D错误。故正确答案为BC

解读:金属的氢氧化物沉淀与溶液的pH存在一定的关系,溶液pH直接影响到沉淀的溶解平衡,通过调节溶液的pH可以控制沉淀的生成与溶解,分析问题时需要从化学平衡移动角度进行。

三、与溶液pH相关的量的大小关系

溶液pH在相关物质的量大小比较中有着一定的应用,其中涉及到弱电解质的电离、盐类水解等知识,解决物质量的大小与溶液pH的关系是理解溶液电离平衡的关系的关键,接下来对其进行分类探讨。

1、盐与pH相关的量的大小关系

盐类在水溶液中会发生水解,盐类的水解程度将影响到溶液的pH,不同类型的盐对溶液酸碱性的影响是不相同的,需要对其进行分类,一般盐可以分为强酸强碱盐、强酸弱碱盐和弱酸强碱盐,除了强酸强碱盐的溶液呈现中性外,其它类型的盐的溶液均存在酸碱性,即常温状态下,pH均不为7。一般强酸弱碱盐的溶液为酸性,弱酸强碱盐的溶液为碱性,并且盐类越弱越水解,根据该规律可以对溶液的pH进行大小关系判断。

4:现有四种相同温度、物质的量浓度的溶液:1 (NH4)2SO42 NaOH3 CH3COONa4 NH4Cl,排列溶液的pH值,由大到小的正确顺序为( )。

A. 1>4>3>2

B. 1>2>3>4

C. 4>3>1>2

D. 2>3>4>1

解析:本题目主要考查盐类水解规律,(NH4)2SO4NH4Cl,均属于强酸弱碱盐,会发生水解,显酸性,在相同浓度下,前者的c(NH   )大,则pH1<4NaOH为强碱,显碱性,CH3COONa为弱酸强碱盐,同样显碱性,但NaOH的碱性比CH3COONa强,则pH2>3,则总体的pH值大小关系为2>3>4>1,故正确答案为D

2、盐、酸与pH相关的量的大小关系

盐、酸与pH相关的量的大小关系难点判断主要体现在强酸弱碱盐和弱酸强碱盐上,改变水溶液的体积,由于水解平衡的移动,使得强酸弱碱盐和弱酸强碱盐的溶液pH存在差异。一般对于强酸弱碱盐,稀释溶液,水解平衡右移,产生H+;对于弱酸强碱盐,稀释溶液,水解平衡右移,产生OH-。可以据此规律对酸和盐的溶液pH进行大小判断。

5:在温度为室温的条件下,分别对pH=5H2SO4NH4Cl进行加水稀释,均从10mL稀释至100mL,则两溶液pH的大小关系为(

A. pHH2SO4>pHNH4Cl    B. pHH2SO4<pHNH4Cl

C. pHH2SO4=pHNH4Cl    D. 无法判断

解析:两溶液的原体积均为10mL,将其稀释到100mL,体积变化了10倍。由于H2SO4为强酸,可以进行完全电离,则稀释后溶液的pH=6;而NH4Cl为强酸弱碱盐,NH   会发生水解,溶液中存在如下水解平衡NH   +H2O NH3·H2O+H+,溶液稀释后,平衡会右移,从而还会有H+生成,则溶液中的c(H+)H2SO4的大,则pHH2SO4>pHNH4Cl),故答案为A

四、关于酸碱混合后的溶液pH

酸、碱混合溶液的pH值计算存在多种类型,包括两种强酸混合、两种强碱混合、以及酸与碱的混合,由于酸和碱又存在弱酸、弱碱,则酸与碱的混合又可以细分为多种形式,由于两种酸或两种碱混合后溶液不会发生中和反应,则pH计算只需要对单一的离子进行叠加即可,相对较为简单,下面主要分析酸与碱之间的混合后的pH计算。

1、强酸与强碱的混合

强酸与强碱混合由于酸碱的相对物质的量不同可以将其分为三种情况:1如若两者物质的量相等,则混合后恰好反应,则溶液呈中性,常温下pH=72如若酸相对过量,则混合后溶液呈酸性,计算时需要以酸为主,即求解中和后剩余的酸的浓度,再计算pH值;3如若碱相对过量,则混合后溶液呈碱性,计算时需要以碱为主,即求解中和后剩余的碱的浓度,再计算pH值。

6:有pH=5HCl溶液和pH=9NaOH溶液,现将上述溶液按照119的体积比进行混合,则混合后的溶液pH为(

A. 10    B. 8    C. 6    D 不确定

解析:首先需要分别计算酸和碱的H+OH-的物质的量,比较其相对大小,确定溶液的酸碱性以及以何种物质为主进行计算,设混合体积分别为11a9a,则pH=5HCl溶液中n(H+)=10-5·11apH=9NaOH溶液中,n(OH-)=10-5·9a,则n(H+)> n(OH-),应以酸为主进行计算,   =1 10-6 mol/L,则混合后的溶液pH=6,故答案为C

2、涉及弱酸或弱碱的混合

由于弱酸或弱碱存在不完全电离现象,因此涉及弱酸或弱碱的混合相对较为复杂,现对其加以归纳。限定条件:等体积混合,且pH()+pH()=14,则弱酸与强碱溶液混合,pH<7,显酸性;弱碱与强酸溶液混合,pH>7,显碱性;弱碱与弱酸溶液混合谁弱显谁性。

7:室温条件下,分析下列溶液混合后的pH>7的选项为( )。

A. 0.1mol/LHClpH=13Ba(OH)2溶液进行等体积混合

B. 0.1mol/L的某一元碱溶液(溶液中的[OH-][H+]=1 10-8)与pH=1H2SO4溶液等体积混合

C. pH=3H2SO4溶液与pH=11NH3·H2O进行等体积混合

D. pH=3的醋酸与0.001mol/LNaOH溶液进行等体积混合

解析:对于A选项,HClBa(OH)2溶液恰好完全反应,pH=7B选项,某一元碱c[OH-]=1 10-8 [H+]=1 10--3 mol/L,则其为弱碱,一元弱碱与H2SO4恰好反应生成的强酸弱碱盐溶液呈酸性,pH<7C选项,pH=11NH3·H2O的浓度大于1 10-3 mol/L,则氨水过量,混合后pH>7D选项,pH=3的醋酸的浓度大于1 10-3 mol/L,醋酸过量,与NaOH溶液混合后pH<7,故正确答案为C

总之,溶液pH的相关问题探究需要紧密结合物质水解与电离等相关知识,深刻把握概念本质,充分理解溶液pH的基本定义,从离子浓度和平衡移动等角度来分析问题,理性思考,严谨求解。

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