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溶液pH的求算

教學目標

知識技能：掌握簡單酸、堿體系的pH計算。

能力培養：通過pH的計算，培養學生定量解決化學問題的能力，并進一步加強對弱電解質電離平衡的理解。

科學思想：注重學科之間的交叉，學會用數學公式解決化學問題。

科學品質：通過pH在醫療及工業生產上應用的介紹，激發學生學習化學的興趣。

科學方法：歸納，總結法。

重點、難點　　　有弱電解質參予的簡單體系pH的計算。

教學過程設計

第一課時

教師活動

【引入】我們知道，正常情況下人體血液略顯堿性。但是一些疾病卻可以使血液的酸性增強。醫生就此可以通過測血液pH的辦法來幫助診斷病情。同樣在工業生產中反應液的酸堿性對化學反應能否發生及反應產物的判斷也非常重要。那么如何定量計算溶液的pH呢？這就是我們這節課要解決的問題。首先請同學回憶下面已學過的舊知識：

①pH定義　 ②溶液物質的量濃度的計算公式　 ③電離度的定義　 ④水的離子積常數。

學生活動

回憶并回答（略）。

酸性體系：

1．強酸的pH

例1　 ①求 0.1mol/L鹽酸溶液的pH？

②求0.05mol/L硫酸溶液的pH？

【設問】通過以上兩題請同學思考，已知強酸溶液的物質的量濃度，如何求pH，并且應注意什么？

心算口答。

解答：因①、②中[H+]=0.1mol/L，所以pH相等均為1。

兩兩議論。

結論：求pH實際是求[H+]，在已知溶液的物質的量濃度求[H+]濃度時一定要注意強酸的元數。

【小結】由于完全電離，強酸溶液的[H+]=n?c，其中n表示強酸的元數。那么對于不完全電離的弱酸[H+]又如何計算呢？

2．一元弱酸的pH

例2　求0.1mol/L醋酸溶液的pH。已知a=1.32％。

【設問】①在一元弱酸溶液中[H+]為什么不等于溶液的物質的量的濃度？

動筆解答。

解答：因為[H+]=c a=0.1×1.3％

所以pH=-lg[H+]=2.87

回答：①弱酸部分電離，所以[H+]小于物質的量濃度這一點就好像有一個倉庫一樣，倉庫外面是已電離的離子，而倉庫內是未電離的離子，倉庫的門是雙向的。已電離的離子的物質的量永遠小于總的溶質的物質的量。

②若pH相同的一元強酸與一元弱酸[H+]關系如何？溶液的物質的量濃度關系又如何？

討論后回答：pH相同的一元強酸與弱酸之間，[H+]相同，而溶液的物質的量濃度是弱酸大于強酸。

【小結】弱酸是弱電解質，要通過電高度求溶液中的氫離子濃度。

3．稀釋強酸溶液

例3 　①將0.1mol/L的鹽酸溶液稀釋成原體積的10倍，求稀釋后溶液的pH。

②將pH=5的鹽酸溶液分別稀釋成原體積的10倍、1000倍。求稀釋后溶液的pH。

【設問】常溫下，當無限稀釋酸時，溶液的pH為何接近7？

計算。

解答：①由于鹽酸完全電離，所以稀釋過程中氫離子的物質的量不變。有稀釋后的[H+]=0.01 mol/L，pH=2。

②稀釋10倍時pH=6，稀釋1000倍時pH近似等于7。

兩兩討論。

總結：當對溶液無限稀釋時，溶液中由水電離出的氫離子濃度遠大于酸電離出的氫離子濃度，這時可忽略酸電離出的氫離子，以水電離出的氫離子為主，所以pH趨近7。

【設問】在求上述例1溶液的pH時，我們忽略了水電離出的氫離子。但是在對酸溶液無限稀釋時又忽略了酸電離的氫離子，這樣做的道理是什么？

討論并回答：

在濃度較大的酸溶液中，計算氫離子濃度時忽略水電離出的氫離子，在濃度極稀的酸溶液中又可以忽略酸電離出的氫離子。原因就是兩種情況下影響溶液氫離子濃度的主要因素不同。

【小結】同學們總結的非常好，這樣做正是抓住了解決問題的主要方面，下面讓我們一起討論稀釋弱酸溶液的問題。

4．稀釋弱酸溶液

例4 　將pH為1的醋酸溶液稀釋成原體積的10倍，求稀釋后溶液pH與2的關系。

討論并回答：

因為弱電解質的電離度與濃度成反比，所以在稀釋過程中一方面將已電離出的氫離子稀釋成原濃度的1/10，另一方面弱電解質還會繼續電離出部分氫離子，所以溶液中氫離子的物質的量會大于原溶液的物質的量。因此稀釋后溶液的pH＜2。

【小結】由于在弱酸中存在電離平衡，所以弱酸稀釋與強酸的情況有所不同。

【設問】①pH相同的強酸與弱酸同倍數稀釋時，pH變化的情況是否相同，這是為什么？

【過渡】由于弱電解質溶液中存在電離平衡，對于弱電解質參與的化學反應會有什么影響？請思考下面的例題：

例5　體積相同，pH相同的鹽酸與醋酸溶液，分別投入足量的鋅粉，試比較最初時反應的速率和最終放出氫氣的物質的量的關系。

回答：強酸的pH變化大于弱酸的pH變化，原因是在弱電解質溶液中存在電離平衡。

小組討論，并由代表發言。

回答：由于氫離子濃度相等，所以最初時反應速率相等。但由于鹽酸中溶質的物質的量小于醋酸中溶質的物質的量，所以最終放出氫氣是鹽酸小于醋酸。

5．求混合酸溶液的pH

例6　若下列混合過程中體積的變化忽略不計：

①將0.1mol/L的鹽酸與0.1mol/L的硫酸等體積混合，求混合后溶液的pH。

②將pH均為1的鹽酸與硫酸以體積比1∶2的比例混合，求混合后溶液的pH。

③將pH=1的鹽酸與pH=5的鹽酸等體積混合，求混合后溶液的pH。

動筆計算，由三名同學板演過程。

解答：

pH=0.824

pH=1

pH=1.3

【小結】通過以上練習可知，求酸溶液的pH須先求[H+]，再求pH。求算中注意混合溶液的體積變化。

【過渡】以上我們討論了酸性體系的pH計算。請同學來小結一下解題的思路。

【過渡】那么在堿性溶液中呢？我們又應該如何求pH？讓我們帶著這個問題進入下節課的學習。

第二課時

二、堿性體系

1．強堿溶液的pH計算

練習冊

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