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一、水的电离平衡及影响因素
1、水的电离
1)、水是极弱的电解质,也存在着电离平衡:H2O ⇌H++OH-。在一定温度下,水电离出来的H+和OH-浓度的乘积是一个常数,称为水的离子积常数,用符号KW表示。
2)、KW = c(H+)溶 • c(OH-)溶
有关KW的两点说明:
a、水的离子积(KW)也适用于稀的电解质水溶液,c(H+)和c(OH-)分别代表电解质溶液中H+和OH-的总物质的量浓度。KW与电解质溶液的酸碱性无关。一般情况下在25℃或室温下,KW约为1.0×10-14;而100℃时,KW约为1×10-12。
b、在研究水溶液体系中离子的种类时,不要忽略H+、OH-的存在。
2、影响水的电离平衡的因素(水的电离平衡:H2O ⇌H++OH- )
条件变化 | 升高温度 | 加酸 | 加碱 | 加强酸
弱碱盐 |
加强碱
弱酸盐 |
加活泼
金属 |
移动方向 | → | ← | ← | → | → | → |
c(H+) | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↓ | ↓ |
c(OH-) | ↑ | ↓ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
KW | ↑ | — | — | — | — | — |
二、溶液的酸碱性与pH
1、溶液的酸碱性
溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小。
1)、c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性;
2)、c(H+)=c(OH-),溶液呈中性;
3)、c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性。
2、酸碱性的定量
1)、pH=-lgc(H+)溶
2)、使用范围:稀溶液,c(H+)<1 mol/L或c(OH-)<1 mol/L
3)、意义:表示溶液酸碱性的强弱,0~7 ,pH越小,酸性越强;7~14,pH越大,碱性越强。
4)、测定方法
(1)、pH试纸:用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液点在PH试纸上,然后与标准比色卡对照,读数。
注意:pH试纸不能湿润;只能读取整数。
(2)、pH计:测量快捷精确,精确到0.1。
三、pH的有关计算
1、已知浓度求pH
①、强酸溶液,如HnA溶液,设溶质的物质的量浓度为c mol·L-1,c(H+) = nc mol˙L-1,
pH = -lg c(H+) = -lg nc 。
②、强碱溶液,如B(OH)n溶液,设溶质的物质的量浓度为c mol· L-1,c(H+) = nc mol·L-1,
pH = -lg c(H+) = 14+lg nc 。
③、弱酸溶液,如HnA溶液,设溶质的物质的量浓度为c mol·L-1,c(H+) < nc mol˙L-1,
pH = -lg c(H+) > -lg nc 。
④、弱碱溶液,如B(OH)n溶液,设溶质的物质的量浓度为c mol· L-1,c(H+) < nc mol·L-1,
pH = -lg c(H+) <14+lg nc 。
2、已知pH求浓度
①、强酸溶液,pH = a,c(H+) = 10-a mol˙L-1,若化学式为HnA, C(HnA) =10-a/n mol˙L-1。
②、强碱溶液,pH = a,c(OH-) = 10a-14 mol˙L-1,若化学式为B(OH)n, C(B(OH)n) =10a-14/n mol˙L-1。
③、弱酸溶液,pH = a,c(H+) = 10-a mol˙L-1,若化学式为HnA, C(HnA) >10-a/n mol˙L-1。
④、强碱溶液,pH = a,c(OH-) = 10a-14 mol˙L-1,若化学式为B(OH)n, C(B(OH)n) >10a-14/n mol˙L-1。
3、酸、碱溶液稀释时pH的变化规律(25 ℃)
1)、强酸、强碱的稀释:在稀释时,当它们的浓度大于10-5 mol·L-1时,不考虑水的电离;当它们的浓度小于10-5 mol·L-1时,应考虑水的电离。
例:
pH=6的盐酸稀释至原体积的100倍,稀释后pH≈7(不能大于7);
pH=8的NaOH溶液稀释至原体积的100倍,稀释后pH≈7(不能小于7);
pH=3的盐酸稀释至原体积的100倍,稀释后pH=5;
pH=10的NaOH溶液稀释至原体积的100倍,稀释后pH=8。
pH=a的强酸稀释至原体积的10b倍,稀释后pH=a+b<7;
pH=a的强碱稀释至原体积的10b倍,稀释后pH=a-b>7;
2)、弱酸、弱碱的稀释:在稀释过程中既有浓度的变化,又有电离平衡的移动,不能求得具体数值,只能确定其pH范围。
例:
pH=3的CH3COOH溶液,稀释至原体积的100倍,稀释后3<pH<5;
pH=10的NH3·H2O溶液,稀释至原体积的100倍,稀释后8<pH<10。
pH=a的弱酸稀释至原体积的10b倍,稀释后pH<a+b<7;
pH=a的弱碱稀释至原体积的10b倍,稀释后pH>a-b>7;
4、溶液混合pH的计算方法(25 ℃)
1)、两强酸混合
PH=a的强酸和PH=b的强酸,按照体积比x:y混合。

2)、两强碱混合
PH=a的强碱和PH=b的强碱,按照体积比x:y混合。

若两强碱溶液等体积混合,可采用速算方法:混合后溶液的pH等于混合前溶液pH大的减0.3。
如:pH=9和pH=11的两种烧碱溶液等体积混合后,pH=10.7。
3)、强酸与强碱混合
PH=a的强碱和PH=b的强碱,按照体积比x:y混合。
强酸与强碱混合的实质为中和反应,H++OH-=H2O,中和后溶液的pH有以下三种情况:
①、若恰好中和,pH=7;
②、若剩余酸,先求中和后剩余的c(H+)剩,再求pH;
③、若剩余碱,先求中和后剩余的c(OH-)剩,再通过KW求出c(H+),最后求pH。
4)、已知强酸和强碱的pH之和,判断等体积混合后溶液的pH
①、若强酸与强碱溶液的pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②、若强酸与强碱溶液的pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③、若强酸与强碱溶液的pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
5)、已知酸和碱的pH之和等于14,根据等体积混合后的pH,判断酸碱强弱
①、若混合后溶液显中性,则酸为强酸、碱为强碱。
②、若混合后溶液显碱性,则酸为强酸、碱为弱碱。
③、若混合后溶液显酸性,则酸为弱酸、碱为强碱。
本质:pH之和等于14且等体积的理解:酸电离的氢离子等于碱电离的氢氧根的物质的量,此时,谁弱,谁的浓度就大,就会剩余。
6)、一元酸和一元碱的等体积等浓度混合后的pH,判断酸碱强弱
①、若混合后溶液显中性,则酸为强酸、碱为强碱。
②、若混合后溶液显碱性,则酸为弱酸、碱为强碱。
③、若混合后溶液显酸性,则酸为强酸、碱为弱碱。
本质:一元酸和一元碱的等体积等浓度混合的理解:酸的氢离子等于碱的氢氧根,此时氢离子、氢氧根均不剩余,恰好中和。溶液的酸碱性有生成的盐水解产生。
四、水电离出的c(H+)[或c(OH-)]的计算
在水溶液中c(H+)水和c(OH-)水始终是相等的。在酸溶液中,酸电离出的H+对水的电离有抑制作用,使水的电离程度降低,此时水电离出的c(H+)水可通过KW求出:
在能够发生水解的盐溶液中,通常溶液中的H+(或OH-)完全来自于水的电离。
例:常温下,pH=9的CH3COONa溶液,溶液中的c(OH-)=10-5 mol·L-1,此时水电离出的c(H+)也等于10-5 mol·L-1,只不过大部分被CH3COO-结合生成了CH3COOH,存在于溶液中的H+的浓度仅为10-9 mol·L-1。
五、酸碱中和滴定
1、酸碱中和滴定目的:
是利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知碱(或酸)的浓度。
2、实验用品
1)、试剂:标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。
2)、主要仪器:酸式滴定管(如图A)、碱式滴定管(如图B)、滴定管夹、铁架台、烧杯、锥形瓶。
3)、滴定管使用注意事项
a、“0”刻度在上,精确度为0.01 mL。
b、盛装酸性、氧化性试剂一般用酸式滴定管,因为酸性、氧化性物质易腐蚀或氧化橡胶;盛装碱性试剂一般用碱式滴定管,因为碱性物质易腐蚀玻璃,致使活塞无法打开。
3、实验操作
1)、滴定前的准备
a、滴定管:查漏→水洗→润洗→装液→排气泡→调液面→记录。
b、锥形瓶:查漏→水洗→注待测液→记录→加指示剂。
2)、滴定过程
左手控制活塞或玻璃球,右手摇动锥形瓶,眼睛注视锥形瓶内溶液颜色变化。
3)、终点判断
滴入最后一滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不恢复为原来的颜色,视为滴定终点,记录标准液的体积。
4)、数据处理
重复滴定操作2~3次,求出用去标准溶液的体积的平均值,根据下面的公式计算。
c(待测)=γ×(γ:酸碱反应的比例系数)
4、酸碱中和滴定误差分析
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱溶液(酚酞作指示剂)为例,常见的因操作不正确而引起的误差有:
步骤 | 操作 | V(标准) | c(待测) |
洗涤 | 酸式滴定管未用标准溶液润洗 | 偏大 | 偏高 |
碱式滴定管未用待测溶液润洗 | 偏小 | 偏低 | |
锥形瓶用待测溶液润洗 | 偏大 | 偏高 | |
锥形瓶水洗后,残留少量水 | 无影响 | 无影响 | |
取液 | 放出碱液的滴定管开始有气泡,放出液体后气泡消失 | 偏小 | 偏低 |
放出碱液的滴定管第一次俯视读数,第二次仰视读数 | 偏小 | 偏低 | |
滴定 | 酸式滴定管滴定前有气泡,滴定终点时气泡消失 | 偏大 | 偏高 |
振荡锥形瓶时部分液体溅出 | 偏小 | 偏低 | |
部分酸液滴到锥形瓶外 | 偏大 | 偏高 | |
读数 | 滴定前读数正确,滴定后俯视读数(或前仰后俯) | 偏小 | 偏低 |
滴定前读数正确,滴定后仰视读数(或前俯后仰) | 偏大 | 偏高 |
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