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2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义:第8章第二节 水的电离 溶液的酸碱性
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第二节 水的电离 溶液的酸碱性
[高考备考指南]
考纲定位
1.了解水的电离,离子积常数。
2.了解溶液pH的定义及其测定方法。能进行pH的简单计算。
3.掌握酸碱中和滴定实验及其应用。
核心素养
1.平衡思想——认识水的电离有一定限度,是可以调控的。能多角度、动态地分析水的电离,运用平衡移动原理解决实际问题。
2.证据推理——根据溶液中的pH进行推导c(H+)H2O或c(OH-)H2O的大小。
3.科学探究——利用中和滴定实验探究未知浓度的测定方法和原理。交流实验成果和数据,进一步探究和改进实验设想。
4.科学精神——具有严谨求实的科学态度,不迷信权威数据。
水的电离
(对应复习讲义第93页)
1.水的电离
(1)水是极弱的电解质,水的电离方程式为H2O+H2OH3O++OH-或简写为H2OH++OH-。
(2)25 ℃时,纯水中c(H+)=c(OH-)=1×10-7__mol·L-1;任何水溶液中,由水电离出的c(H+)与c(OH-)都相等。
2.水的离子积常数
3.外界条件对水的电离平衡的影响
体系
变化
条件
平衡移
动方向
Kw
水的电
离程度
c(OH-)
c(H+)
加酸
逆
不变
减小
减小
增大
加碱
逆
不变
减小
增大
减小
加可水
解的盐
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
温度
升温
正
增大
增大
增大
增大
降温
逆
减小
减小
减小
减小
其他:如加
入Na
正
不变
增大
增大
减小
[提醒] 比较由H2O电离产生的c(H+)的大小时,可先对物质进行分类,酸碱抑制水的电离,能水解的盐促进水的电离。
(1)纯水中c(H+)随着温度的升高而降低。( )
(2)25 ℃时,0.10 mol·L-1 NaHCO3溶液加水稀释后,c(H+)与c(OH-)的乘积变大。( )
(3)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中水的电离程度始终增大。( )
(4)在蒸馏水中滴加浓H2SO4,Kw不变。( )
(5)向水中加入少量硫酸氢钠固体,促进了水的电离,c(H+)增大,Kw不变。( )
(6)向水中加入AlCl3溶液对水的电离不产生影响。( )
(7)100 ℃的纯水中c(H+)=1×10-6mol·L-1,此时水呈酸性。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
角度1 影响水的电离平衡的定性分析
1.(2018·西安模拟)一定温度下,水存在H2OH++OH- ΔH=Q(Q>0)的平衡,下列叙述一定正确的是( )
A.向水中滴入少量稀盐酸,平衡逆向移动,Kw减小
B.将水加热,Kw增大,pH不变
C.向水中加入少量金属Na,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.向水中加入少量固体硫酸钠,c(H+)和Kw均不变
D [Kw只与温度有关,A错误;升高温度,Kw变大,c(H+)变大,pH减小,B错误;加入Na后,c(H+)减小,平衡右移,c(OH-)增大,C错误;Na2SO4对水的电离无影响,D正确。]
2.一定温度下,水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图,下列说法正确的是( )
A.升高温度,可能引起由c向b的变化
B.该温度下,水的离子积常数为1.0×10-13
C.该温度下,加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D.该温度下,稀释溶液可能引起由c向d的变化
C [升高温度促进水的电离,c(H+)和c(OH-)都增大,A错误;该温度下Kw=c(OH-)·c(H+)=1×10-14,B错误;加入Fe3+,Fe3+水解促进水的电离,溶液中c(H+)增大,C正确;稀释时,若c(OH-)减小,则c(H+)应变大,不可能由c向d变化,D错误。]
角度2 影响水的电离平衡的定量分析
3.在一定条件下,相同pH的硫酸和硫酸铁溶液中水电离出来的c(H+)分别是1.0×10-amol·L-1和1.0×10-bmol·L-1,在此温度下,下列说法正确的是( )
A.a<b
B.a=b
C.水的离子积为1.0×10-(7+a)
D.水的离子积为1.0×10-(b+a)
D [硫酸中水电离出来的c(H+)=c(OH-)=1.0×10-amol·L-1,硫酸铁溶液中水电离出来的c(H+)=1.0×10-bmol·L-1,则硫酸中c(H+)=1.0×10-bmol·L-1,则Kw=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-b×1.0×10-a=1.0×10-(a+b),故D正确。]
4.下列四种溶液中,室温下由水电离生成的H+浓度之比(①∶②∶③∶④)是( )
①pH=0的盐酸
②0.1 mol·L-1的盐酸
③0.01 mol·L-1的NaOH溶液
④pH=11的NaOH溶液
A.1∶10∶100∶1 000 B.0∶1∶12∶11
C.14∶13∶12∶11 D.14∶13∶2∶3
A [①中c(H+)=1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH-)相等,等于1.0×10-14mol·L-1;②中c(H+)=0.1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)=1.0×10-13mol·L-1;③中c(OH-)=1.0×10-2mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(H+)相等,等于1.0×10-12mol·L-1;④中c(OH-)=1.0×10-3mol·L-1,同③所述由水电离出的c(H+)=1.0×10-11mol·L-1。即(1.0×10-14)∶(1.0×10-13)∶(1.0×10-12)∶(1.0×10-11)=1∶10∶100∶1 000。]
水电离的c(H+)或c(OH-)的计算技巧(25 ℃时)
(1)常温下,中性溶液
c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1
(2)溶质为酸的溶液
OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)H2O=c(OH-)。
(3)溶质为碱的溶液
H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。
(4)水解呈酸性或碱性的盐溶液
①呈酸性:水电离出的c(H+)H2O=c(H+)。
②呈碱性:水电离出的c(OH-)H2O=c(OH-)。 溶液的酸碱性 pH计算
(对应复习讲义第94页)
1.溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小:(用“>”“=”或“<”填空)
酸性溶液中
中性溶液中
碱性溶液中
c(H+)>c(OH-)
c(H+)=c(OH-)
c(H+)<c(OH-)
2.溶液的pH定义式:pH=-lgc(H+)。
3.溶液的酸碱性与pH的关系:
室温下(25 ℃时)
4.pH的范围:0~14。
5.pH的测量
(1)pH试纸的使用
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部,观察变化稳定后的颜色,与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
(2)pH计法
[提醒] 使用pH试纸时不能用蒸馏水润湿,广泛pH试纸只能测pH整数值。
(1)任何温度下,利用H+和OH-浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性。( )
(2)某溶液的c(H+)>10-7mol·L-1,则该溶液呈酸性。( )
(3)用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH,一定会使结果偏低。( )
(4)一定温度下,pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1。( )
(5)常温常压时,pH=11的NaOH溶液与pH=3的醋酸溶液等体积混合后,滴入石蕊试液呈红色。( )
[提示] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
角度1 pH的判断与计算
【例1】 (2019·衡水模拟)某温度下,水的离子积常数Kw=10-12①。该温度下,将pH=4的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混合并保持恒温②,欲使混合溶液的pH=7③,则盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为( )
A.1∶10 B.9∶1
C.10∶1 D.99∶21
B [某温度下,水的离子积常数Kw=10-12,pH=4的盐酸中c(H+)=10-4mol·L-1,该温度下,pH=9的Ba(OH)2溶液中c(OH-)=10-3mol·L-1,混合溶液的pH=7,说明溶液中c(H+)=10-7mol·L-1,此时c(OH-)=10-5mol·L-1,溶液呈碱性,设盐酸的体积为Va,Ba(OH)2溶液的体积为Vb,则有=10-5,Va∶Vb=9∶1。]
[思路点拨] ①不是室温,易根据室温计算导致错误;
②温度不变,则Kw保持不变;
③此温度下,pH=7,溶液呈碱性。
[母题变式] 若题设条件改为室温时,其他条件不变,此时盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为________。
[解析] 室温时,Kw=1.0×10-14,混合后溶液pH=7,溶液呈中性。即pH=4的盐酸c(H+)=10-4mol·L-1,pH=9的Ba(OH)2溶液c(H+)=10-9mol·L-1,c(OH-)==10-5mol·L-1,则有Va×10-4=Vb×10-5,==。
[答案] 1∶10
溶液pH的计算
可总结为:酸按酸n(H+)——先计算混合后的c(H+)。
碱按碱n(OH-)——先计算混合后的c(OH-)。
[对点训练]
1.(2019·周口模拟)已知:在100 ℃时,水的离子积Kw=1×10-12,下列说法正确的是( )
A.0.05 mol·L-1H2SO4溶液的pH=1
B.0.001 mol·L-1NaOH溶液的pH=11
C.0.005 mol·L-1H2SO4溶液与0.01 mol·L-1NaOH溶液等体积混合,混合溶液的pH为5,溶液显酸性
D.完全中和50 mL pH=3的H2SO4溶液,需要50 mL pH=11的NaOH溶液
A [0.05 mol·L-1H2SO4溶液中c(H+)=0.05 mol·L-1×2=0.1 mol·L-1,则该溶液的pH=1,A正确。0.001 mol·L-1NaOH溶液中c(OH-)=0.001 mol·L-1,由于100 ℃时水的离子积Kw=1×10-12,则溶液中c(H+)=1×10-9mol·L-1,故溶液的pH=9,B错误。0.005 mol·L-1H2SO4溶液与0.01 mol·L-1NaOH溶液等体积混合,二者恰好完全反应生成Na2SO4,溶液呈中性,此时溶液的pH=6,C错误。pH=3的H2SO4溶液中c(H+)=10-3mol·L-1,pH=11的NaOH溶液中c(OH-)=0.1 mol·L-1,根据中和反应:H++OH-===H2O可知,完全中和50 mL pH=3的H2SO4溶液,需要0.5 mL pH=11的NaOH溶液,D错误。]
2.(2019·郑州检测)某温度下Kw=10-13,在此温度下,将pH=a的NaOH溶液VaL与pH=b的H2SO4溶液VbL混合,下列说法正确的是( )
A.若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶1
B.若所得混合液为中性,且a+b=12,则Va∶Vb=100∶1
C.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶9
D.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=101∶99
C [当所得混合液为中性时,Va·10a-13=Vb·10-b,则=1013-(a+b),故A选项,Va∶Vb=1∶10,错误;B选项,Va∶Vb=10∶1,错误;当所得溶液pH=10时,=10-3,即=,故C选项,Va∶Vb=1∶9,正确;D选项,Va∶Vb=1∶9,错误。]
角度2 溶液酸碱性判断规律
【例2】 常温时①,下列混合溶液,一定呈酸性②的是( )
A.pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合
B.pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
C.pH=3的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
D.pH=3的硫酸溶液和pH=11的氨水等体积混合
C [A项,pH=3的盐酸中c(H+)=10-3mol/L,氨水是弱电解质,部分发生电离,pH=11时,c(H+)=10-11mol/L,c(OH-)=10-3mol/L,则氨水过量,溶液呈碱性;B项,c(H+)=c(OH-),二者都是强电解质,溶液呈中性;同理,C项中,CH3COOH过量,溶液呈酸性;D项,氨水过量,溶液呈碱性。]
[思路点拨] ①常温时,Kw=1×10-14;
②常温时,pH<7,实质上c(H+)>c(OH-)。
[母题变式] (1)若已知25 ℃时醋酸和一水合氨的电离平衡常数相等,则pH=3的醋酸溶液和pH=11的氨水等体积混合时溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(2)若将温度升高到100 ℃,此时Kw=1×10-12,则pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合后溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。
[解析] (1)中性。pH=3的醋酸溶液和pH=11的氨水等体积混合后溶液的溶质为醋酸铵,由于醋酸和一水合氨的电离平衡常数相等,所以醋酸根和铵根的水解程度相等,溶液呈中性。
(2)碱性。pH=3的盐酸中c(H+)=10-3mol·L-1,pH=11的氢氧化钡溶液中c(OH-)=Kw/c(H+)=10-1mol·L-1,二者等体积混合后OH-过量,溶液呈碱性。
[答案] (1)中性 (2)碱性
混合溶液酸碱性的判断方法
1.等浓度、等体积的一元酸与一元碱混合的溶液:
——“谁强显谁性,同强显中性”
2.室温下,已知酸和碱的pH之和的溶液等体积混合:
(1)两强混合。
①若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③若pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时,一元强酸(如HCl)与一元弱碱(如氨水)等体积混合后溶液显碱性。
一元弱酸(如CH3COOH)与一元强碱(如NaOH)等体积混合后溶液显酸性。
[对点训练]
1.已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数:
弱酸化学式
CH3COOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数
1.8×10-5
4.9×10-10
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
现维持25 ℃,下列有关说法正确的是( )
A.等物质的量浓度的各溶液pH关系:pH(Na2CO3)>pH(CH3COONa)>pH(NaCN)
B.NaHCO3溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(CO)+c(OH-)
C.向pH=1的醋酸溶液中加水稀释,醋酸溶液的电离度、pH均先增大后减小
D.a mol·L-1HCN溶液与b mol·L-1NaOH溶液等体积混合,若pH=7,则a>b
D [由弱酸的电离平衡常数可知,酸性:CH3COOH>H2CO3>HCN>HCO,酸性越弱,形成的强碱弱酸盐的水解程度越大,溶液碱性越强,故等物质的量浓度的各溶液pH:pH(Na2CO3)>pH(NaCN)>pH(CH3COONa),A项错误;由电荷守恒得:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+2c(CO),B项错误;加水稀释时,醋酸溶液的电离度、pH均增大,当无限稀释时,pH接近7但小于7,C项错误;一元弱酸与一元强碱等体积混合,若pH=7,则酸的浓度应大于碱的浓度,D项正确。]
2.(2019·赣州模拟)常温下,下列溶液一定呈碱性的是( )
A.能与金属铝反应放出H2的溶液
B.=10-6的溶液
C.pH=2的CH3COOH溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合
D.0.01 mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的HCl溶液等体积混合
B [A项,溶液可能是强酸性溶液,也可能是强碱性溶液;B项,c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性;C项,CH3COOH是弱酸且过量,溶液呈酸性;D项,二者恰好完全反应生成NH4Cl溶液,因水解呈酸性。]
3.(2019·绵阳模拟)现有常温下pH=a的NaOH溶液与pH=b的硫酸溶液,将二者等体积混合,所得溶液呈中性,则下列对两溶液的相关分析不正确的是( )
A.Kw均为1×10-14
B.若a=12,则有b=2
C.a、b为固定值
D.水电离出的c(H+)相等
C [常温下,pH=a的NaOH溶液中c(OH-)=10a-14mol·L-1,pH=b的硫酸溶液中c(H+)=10-bmol·L-1,二者等体积混合所得溶液呈中性,则有V L×10a-14mol·L-1=10-bmol·L-1×V L,得出a+b=14。Kw只与温度有关,与溶液的酸碱性无关,故室温下两溶液中均有Kw=1×10-14,A项正确。由于a+b=14,若a=12,则有b=2,B项正确。a、b不是固定值,只要满足a+b=14,且a>7,b<7即可,C项错误。由于a+b=14,NaOH溶液中H+由水电离产生,则有c(H+)=10-amol·L-1;硫酸溶液中OH-由水电离产生,则有c(H+)水电离=c(OH-)=10b-14mol·L-1=10(14-a)-14mol·L-1=10-amol·L-1,故两溶液中水电离出的c(H+)相等,D项正确。] 酸碱中和滴定及其应用
(对应复习讲义第96页)
1.实验原理
(1)酸碱中和滴定是利用酸碱中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
(2)酸碱中和滴定的关键
①准确测定标准液的体积。
②准确判断滴定终点。
2.实验用品
(1)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、锥形瓶。
(2)试剂的变色范围
指示剂
变色范围的pH
石蕊
<5.0红色
5.0~8.0紫色
>8.0蓝色
甲基橙
<3.1红色
3.1~4.4橙色
>4.4黄色
酚酞
<8.2无色
8.2~10.0粉红色
>10.0红色
(3)滴定管的使用
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
酸式滴定管
氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性
碱式滴定管
碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
3.实验操作
(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备
检漏
检查是否漏水
洗涤
装、排
调、读
调整液面至以下,并读数
注、加
(2)滴定
(3)终点判断:等到滴入最后一滴反应液,指示剂变色,且在半分钟内不能恢复原来的颜色,视为滴定终点,并记录标准液的体积。
(4)数据处理:按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据原理计算。
c(NaOH)=
4.误差分析的方法
依据原理c(标准)·V(标准)=c(待测)·V(待测),所以c(待测)=,因为c(标准)与V(待测)已确定,所以只要分析出不正确操作引起V(标准)的变化,即分析出结果。
[提醒] 一般不选用石蕊作指示剂,因颜色变化不明显。
(1)酸性KMnO4溶液应用碱式滴定管盛装。( )
(2)用碱式滴定管准确量取20.00 mL的NaOH溶液。( )
(3)将液面在0 mL处的25 mL的酸式滴定管中的液体全部放出,液体的体积为25 mL。( )
(4)用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氨水时应选择酚酞作指示剂。( )
(5)用标准浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时,滴定时,部分酸液滴在锥形瓶外,所测结果偏高。( )
[提示] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
角度1 中和滴定原理、操作及相关应用
1.用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,参考如图所示,从下表中选出正确选项( )
选
项
锥形瓶
中溶液
滴定管
中溶液
选用
指示剂
选用
滴定管
A
碱
酸
石蕊
乙
B
酸
碱
酚酞
甲
C
碱
酸
甲基橙
乙
D
酸
碱
酚酞
乙
D [解答本题的关键是:①明确酸式、碱式滴定管使用时的注意事项,②指示剂的变色范围。酸式滴定管不能盛放碱液,而碱式滴定管不能盛放酸液,指示剂应选择颜色变化明显的酚酞或甲基橙,不能选用石蕊。]
2.某同学用0.100 0 mol·L-1NaOH溶液滴定20.00 mL某浓度的CH3COOH溶液。
(1)部分操作如下:
①取一支用蒸馏水洗净的碱式滴定管,加入标准氢氧化钠溶液,记录初始读数
②用酸式滴定管放出一定量待测液,置于用蒸馏水洗净的锥形瓶中,加入2滴甲基橙
③滴定时,边滴加边振荡,同时注视滴定管内液面的变化
请选出上述操作过程中存在错误的序号:________。
上述实验与配制一定物质的量浓度溶液实验中用到的相同仪器是________________________________________________________________________。
(2)某次滴定前滴定管液面如图所示,读数为________mL。
(3)根据正确实验结果所绘制的滴定曲线如图所示,其中点①所示溶液中c(CH3COO-)=1.7c(CH3COOH),点③所示溶液中c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(Na+)。计算醋酸的电离常数:______,该CH3COOH的物质的量浓度为________mol·L-1。
(4)上述错误操作中,对测定结果会引起相应误差,指出对应操作产生的误差(用“偏高”“偏低”或“无影响”对应表示,如操作无错误,可以不填)
操作
结果
①
②
③
(1)①②③ 烧杯、胶头滴管
(2)0.29 (3)1.7×10-5 0.100 7
(4)
操作
结果
①
偏高
②
偏低
③
偏高
3.(2016·全国卷Ⅰ)298 K时,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的盐酸,溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图所示。已知0.10 mol·L-1氨水的电离度为1.32%,下列有关叙述正确的是( )
A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂
B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL
C.M点处的溶液中c(NH)=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-)
D.N点处的溶液中pH<12
D [A项用0.10 mol·L-1盐酸滴定20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水,二者恰好完全反应时生成强酸弱碱盐NH4Cl,应选用甲基橙作指示剂。B项当V(HCl)=20.0 mL时,二者恰好完全反应生成NH4Cl,此时溶液呈酸性,而图中M点溶液的pH=7,故M点对应盐酸的体积小于20.0 mL。C项M点溶液呈中性,则有c(H+)=c(OH-);据电荷守恒可得c(H+)+c(NH)=c(OH-)+c(Cl-),则有c(NH)=c(Cl-),此时溶液中离子浓度关系为c(NH)=c(Cl-)>c(H+)=c(OH-)。D项NH3·H2O为弱电解质,部分发生电离,N点时V(HCl)=0,此时氨水的电离度为1.32%,则有c(OH-)=0.10 mol·L-1×1.32%=1.32×10-3mol·L-1,c(H+)==mol·L-1≈7.58×10-12mol·L-1,故N点处的溶液中pH<12。]
指示剂选择的基本原则
变色要灵敏,变色范围要小,变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
(1)不能用石蕊作指示剂。
(2)滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。
(5)并不是所有的滴定都须使用指示剂,如用标准的Na2SO3溶液滴定KMnO4溶液时,KMnO4颜色恰好褪去时即为滴定终点。
角度2 中和滴定曲线分析
【例】 (2019·九江模拟)25 ℃时,向100 mL 0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加0.1 mol·L-1NaOH溶液①得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。下列说法错误的是( )
②
A.a点时③溶液的pH<1
B.a点到b点的过程中,溶液的导电能力④减弱
C.ab段上的点(不包括a点)均满足关系式:c(NH)+c(Na+)<2c(SO)
D.b点时离子浓度大小顺序为:c(Na+)>c(SO)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
D [a点为0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液,电离产生的氢离子浓度为0.1 mol·L-1,NH水解呈酸性,所以a点氢离子浓度大于0.1 mol·L-1,故A正确;b点加入的氢氧化钠恰好消耗完H+,离子的物质的量不变,但溶液体积增大,浓度减小,导电能力减弱,故B正确;ab段上的点(不包括a点),根据电荷守恒,均满足关系式:c(NH)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO)+c(OH-),ab段上的点显酸性c(H+)>c(OH-),所以c(NH)+c(Na+)<2c(SO),故C正确;b点恰好消耗完H+,溶液中的溶质为等物质的量的(NH4)2SO4与Na2SO4,NH水解,c(Na+)=c(SO)>c(NH)>c(H+)>c(OH-),故D错误。]
[思路点拨] ①滴加顺序NaOH溶液NH4HSO4溶液,离子反应顺序为H++OH-===H2O,NH+OH-===NH3·H2O。
②向NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液时,曲线沿a→b→c→d→e方向变化。
③a点是起始时,此时为NH4HSO4溶液;另外注意c点溶液pH=7。
④溶液的导电能力主要与溶液中离子浓度大小有关。
巧抓“四点”突破滴定曲线分析
(1)抓反应“一半”点,判断是什么溶质的等量混合。
(2)抓“恰好反应”点,生成的溶质是什么?判断溶液的酸碱性。
(3)抓溶液的“中性”点,生成什么溶质,哪种物质过量或不足。
(4)抓反应的“过量”点,溶液中的溶质是什么?判断哪种物质过量。
[对点训练]
1.
常温下,向100 mL 0.01 mol·L-1HA溶液中逐滴加入0.02 mol·L-1的MOH溶液,如图中所示曲线表示混合溶液的pH变化情况。下列说法中正确的是( )
A.HA为一元弱酸,MOH为一元强碱
B.滴入MOH溶液的体积为50 mL时,c(M+)>c(A-)
C.N点水的电离程度大于K点水的电离程度
D.K点时,c(MOH)+c(M+)=0.02 mol·L-1
C [0.01 mol·L-1 HA溶液中pH=2,则HA是强酸,与50 mL 0.02 mol·L-1的碱溶液恰好反应后,溶液呈酸性,与51 mL 0.02 mol·L-1碱溶液反应后溶液呈中性,说明碱为弱碱,A错误;当滴入MOH溶液的体积为50 mL时,此时溶液显酸性,由电荷守恒c(M+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-),因c(H+)>c(OH-),则c(M+)<c(A-),B错误;由图像可知,N点溶液呈中性,水电离的c(H+)为10-7mol·L-1,K点溶液呈碱性,MOH电离的OH-抑制了水电离,水电离的c(H+)小于10-7mol·L-1,所以N点水的电离程度大于K点水的电离程度,C正确;在K点时混合溶液体积是酸溶液的2倍,物质的量也是HA的2倍,所以c(MOH)+c(M+)=2c(A-)÷2=0.01 mol·L-1,错误。]
2.(2019·怀化模拟)25 ℃时,向20 mL 0.1 mol·L-1盐酸中逐滴加入等浓度的氨水,溶液中pH与pOH[pOH=-lgc(OH-)]的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.b点消耗氨水的体积为20 mL
B.pH>7时,溶液中都一定有:c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
C.a点和c点所示溶液中水所电离出的c(OH-)分别为10-9mol·L-1和10-5mol·L-1
D.ab段所示溶液中相关离子浓度关系可能为:c(NH)>c(Cl-)>c(NH3·H2O)
D [A项,滴定过程中发生的反应为NH3·H2O+HCl===NH4Cl+H2O。b点pH=pOH=7,溶液呈中性,若消耗氨水的体积为20 mL,二者恰好反应生成NH4Cl,溶液呈酸性,错误;B项,pH>7,说明溶液呈碱性,溶质为NH4Cl和NH3·H2O,离子浓度可能是c(NH)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+),错误;C项,a点溶液显碱性,水电离出c(H+)=10-9mol·L-1,c点溶液显酸性,溶质可能为NH4Cl和HCl,水电离出的c(H+)=10-9mol·L-1,错误;D项,ab段溶液显碱性,离子浓度可能是c(NH)>c(Cl-)>c(NH3·H2O),正确。]
第二节 水的电离 溶液的酸碱性
[高考备考指南]
考纲定位
1.了解水的电离,离子积常数。
2.了解溶液pH的定义及其测定方法。能进行pH的简单计算。
3.掌握酸碱中和滴定实验及其应用。
核心素养
1.平衡思想——认识水的电离有一定限度,是可以调控的。能多角度、动态地分析水的电离,运用平衡移动原理解决实际问题。
2.证据推理——根据溶液中的pH进行推导c(H+)H2O或c(OH-)H2O的大小。
3.科学探究——利用中和滴定实验探究未知浓度的测定方法和原理。交流实验成果和数据,进一步探究和改进实验设想。
4.科学精神——具有严谨求实的科学态度,不迷信权威数据。
水的电离
(对应复习讲义第93页)
1.水的电离
(1)水是极弱的电解质,水的电离方程式为H2O+H2OH3O++OH-或简写为H2OH++OH-。
(2)25 ℃时,纯水中c(H+)=c(OH-)=1×10-7__mol·L-1;任何水溶液中,由水电离出的c(H+)与c(OH-)都相等。
2.水的离子积常数
3.外界条件对水的电离平衡的影响
体系
变化
条件
平衡移
动方向
Kw
水的电
离程度
c(OH-)
c(H+)
加酸
逆
不变
减小
减小
增大
加碱
逆
不变
减小
增大
减小
加可水
解的盐
Na2CO3
正
不变
增大
增大
减小
NH4Cl
正
不变
增大
减小
增大
温度
升温
正
增大
增大
增大
增大
降温
逆
减小
减小
减小
减小
其他:如加
入Na
正
不变
增大
增大
减小
[提醒] 比较由H2O电离产生的c(H+)的大小时,可先对物质进行分类,酸碱抑制水的电离,能水解的盐促进水的电离。
(1)纯水中c(H+)随着温度的升高而降低。( )
(2)25 ℃时,0.10 mol·L-1 NaHCO3溶液加水稀释后,c(H+)与c(OH-)的乘积变大。( )
(3)已知某温度下CH3COOH和NH3·H2O的电离常数相等,现向10 mL浓度为0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中滴加相同浓度的氨水,在滴加过程中水的电离程度始终增大。( )
(4)在蒸馏水中滴加浓H2SO4,Kw不变。( )
(5)向水中加入少量硫酸氢钠固体,促进了水的电离,c(H+)增大,Kw不变。( )
(6)向水中加入AlCl3溶液对水的电离不产生影响。( )
(7)100 ℃的纯水中c(H+)=1×10-6mol·L-1,此时水呈酸性。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
角度1 影响水的电离平衡的定性分析
1.(2018·西安模拟)一定温度下,水存在H2OH++OH- ΔH=Q(Q>0)的平衡,下列叙述一定正确的是( )
A.向水中滴入少量稀盐酸,平衡逆向移动,Kw减小
B.将水加热,Kw增大,pH不变
C.向水中加入少量金属Na,平衡逆向移动,c(H+)降低
D.向水中加入少量固体硫酸钠,c(H+)和Kw均不变
D [Kw只与温度有关,A错误;升高温度,Kw变大,c(H+)变大,pH减小,B错误;加入Na后,c(H+)减小,平衡右移,c(OH-)增大,C错误;Na2SO4对水的电离无影响,D正确。]
2.一定温度下,水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图,下列说法正确的是( )
A.升高温度,可能引起由c向b的变化
B.该温度下,水的离子积常数为1.0×10-13
C.该温度下,加入FeCl3可能引起由b向a的变化
D.该温度下,稀释溶液可能引起由c向d的变化
C [升高温度促进水的电离,c(H+)和c(OH-)都增大,A错误;该温度下Kw=c(OH-)·c(H+)=1×10-14,B错误;加入Fe3+,Fe3+水解促进水的电离,溶液中c(H+)增大,C正确;稀释时,若c(OH-)减小,则c(H+)应变大,不可能由c向d变化,D错误。]
角度2 影响水的电离平衡的定量分析
3.在一定条件下,相同pH的硫酸和硫酸铁溶液中水电离出来的c(H+)分别是1.0×10-amol·L-1和1.0×10-bmol·L-1,在此温度下,下列说法正确的是( )
A.a<b
B.a=b
C.水的离子积为1.0×10-(7+a)
D.水的离子积为1.0×10-(b+a)
D [硫酸中水电离出来的c(H+)=c(OH-)=1.0×10-amol·L-1,硫酸铁溶液中水电离出来的c(H+)=1.0×10-bmol·L-1,则硫酸中c(H+)=1.0×10-bmol·L-1,则Kw=c(H+)·c(OH-)=1.0×10-b×1.0×10-a=1.0×10-(a+b),故D正确。]
4.下列四种溶液中,室温下由水电离生成的H+浓度之比(①∶②∶③∶④)是( )
①pH=0的盐酸
②0.1 mol·L-1的盐酸
③0.01 mol·L-1的NaOH溶液
④pH=11的NaOH溶液
A.1∶10∶100∶1 000 B.0∶1∶12∶11
C.14∶13∶12∶11 D.14∶13∶2∶3
A [①中c(H+)=1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(OH-)相等,等于1.0×10-14mol·L-1;②中c(H+)=0.1 mol·L-1,由水电离出的c(H+)=1.0×10-13mol·L-1;③中c(OH-)=1.0×10-2mol·L-1,由水电离出的c(H+)与溶液中c(H+)相等,等于1.0×10-12mol·L-1;④中c(OH-)=1.0×10-3mol·L-1,同③所述由水电离出的c(H+)=1.0×10-11mol·L-1。即(1.0×10-14)∶(1.0×10-13)∶(1.0×10-12)∶(1.0×10-11)=1∶10∶100∶1 000。]
水电离的c(H+)或c(OH-)的计算技巧(25 ℃时)
(1)常温下,中性溶液
c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-1
(2)溶质为酸的溶液
OH-全部来自水的电离,水电离产生的c(H+)H2O=c(OH-)。
(3)溶质为碱的溶液
H+全部来自水的电离,水电离产生的c(OH-)=c(H+)。
(4)水解呈酸性或碱性的盐溶液
①呈酸性:水电离出的c(H+)H2O=c(H+)。
②呈碱性:水电离出的c(OH-)H2O=c(OH-)。 溶液的酸碱性 pH计算
(对应复习讲义第94页)
1.溶液的酸碱性取决于溶液中c(H+)和c(OH-)的相对大小:(用“>”“=”或“<”填空)
酸性溶液中
中性溶液中
碱性溶液中
c(H+)>c(OH-)
c(H+)=c(OH-)
c(H+)<c(OH-)
2.溶液的pH定义式:pH=-lgc(H+)。
3.溶液的酸碱性与pH的关系:
室温下(25 ℃时)
4.pH的范围:0~14。
5.pH的测量
(1)pH试纸的使用
把小片试纸放在表面皿或玻璃片上,用洁净干燥的玻璃棒蘸取待测液滴在干燥的pH试纸的中部,观察变化稳定后的颜色,与标准比色卡对比即可确定溶液的pH。
(2)pH计法
[提醒] 使用pH试纸时不能用蒸馏水润湿,广泛pH试纸只能测pH整数值。
(1)任何温度下,利用H+和OH-浓度的相对大小均可判断溶液的酸碱性。( )
(2)某溶液的c(H+)>10-7mol·L-1,则该溶液呈酸性。( )
(3)用蒸馏水润湿的pH试纸测溶液的pH,一定会使结果偏低。( )
(4)一定温度下,pH=a的氨水,稀释10倍后,其pH=b,则a=b+1。( )
(5)常温常压时,pH=11的NaOH溶液与pH=3的醋酸溶液等体积混合后,滴入石蕊试液呈红色。( )
[提示] (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
角度1 pH的判断与计算
【例1】 (2019·衡水模拟)某温度下,水的离子积常数Kw=10-12①。该温度下,将pH=4的盐酸与pH=9的Ba(OH)2溶液混合并保持恒温②,欲使混合溶液的pH=7③,则盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为( )
A.1∶10 B.9∶1
C.10∶1 D.99∶21
B [某温度下,水的离子积常数Kw=10-12,pH=4的盐酸中c(H+)=10-4mol·L-1,该温度下,pH=9的Ba(OH)2溶液中c(OH-)=10-3mol·L-1,混合溶液的pH=7,说明溶液中c(H+)=10-7mol·L-1,此时c(OH-)=10-5mol·L-1,溶液呈碱性,设盐酸的体积为Va,Ba(OH)2溶液的体积为Vb,则有=10-5,Va∶Vb=9∶1。]
[思路点拨] ①不是室温,易根据室温计算导致错误;
②温度不变,则Kw保持不变;
③此温度下,pH=7,溶液呈碱性。
[母题变式] 若题设条件改为室温时,其他条件不变,此时盐酸与Ba(OH)2溶液的体积比为________。
[解析] 室温时,Kw=1.0×10-14,混合后溶液pH=7,溶液呈中性。即pH=4的盐酸c(H+)=10-4mol·L-1,pH=9的Ba(OH)2溶液c(H+)=10-9mol·L-1,c(OH-)==10-5mol·L-1,则有Va×10-4=Vb×10-5,==。
[答案] 1∶10
溶液pH的计算
可总结为:酸按酸n(H+)——先计算混合后的c(H+)。
碱按碱n(OH-)——先计算混合后的c(OH-)。
[对点训练]
1.(2019·周口模拟)已知:在100 ℃时,水的离子积Kw=1×10-12,下列说法正确的是( )
A.0.05 mol·L-1H2SO4溶液的pH=1
B.0.001 mol·L-1NaOH溶液的pH=11
C.0.005 mol·L-1H2SO4溶液与0.01 mol·L-1NaOH溶液等体积混合,混合溶液的pH为5,溶液显酸性
D.完全中和50 mL pH=3的H2SO4溶液,需要50 mL pH=11的NaOH溶液
A [0.05 mol·L-1H2SO4溶液中c(H+)=0.05 mol·L-1×2=0.1 mol·L-1,则该溶液的pH=1,A正确。0.001 mol·L-1NaOH溶液中c(OH-)=0.001 mol·L-1,由于100 ℃时水的离子积Kw=1×10-12,则溶液中c(H+)=1×10-9mol·L-1,故溶液的pH=9,B错误。0.005 mol·L-1H2SO4溶液与0.01 mol·L-1NaOH溶液等体积混合,二者恰好完全反应生成Na2SO4,溶液呈中性,此时溶液的pH=6,C错误。pH=3的H2SO4溶液中c(H+)=10-3mol·L-1,pH=11的NaOH溶液中c(OH-)=0.1 mol·L-1,根据中和反应:H++OH-===H2O可知,完全中和50 mL pH=3的H2SO4溶液,需要0.5 mL pH=11的NaOH溶液,D错误。]
2.(2019·郑州检测)某温度下Kw=10-13,在此温度下,将pH=a的NaOH溶液VaL与pH=b的H2SO4溶液VbL混合,下列说法正确的是( )
A.若所得混合液为中性,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶1
B.若所得混合液为中性,且a+b=12,则Va∶Vb=100∶1
C.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=1∶9
D.若所得混合液pH=10,且a=12,b=2,则Va∶Vb=101∶99
C [当所得混合液为中性时,Va·10a-13=Vb·10-b,则=1013-(a+b),故A选项,Va∶Vb=1∶10,错误;B选项,Va∶Vb=10∶1,错误;当所得溶液pH=10时,=10-3,即=,故C选项,Va∶Vb=1∶9,正确;D选项,Va∶Vb=1∶9,错误。]
角度2 溶液酸碱性判断规律
【例2】 常温时①,下列混合溶液,一定呈酸性②的是( )
A.pH=3的盐酸和pH=11的氨水等体积混合
B.pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
C.pH=3的醋酸溶液和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合
D.pH=3的硫酸溶液和pH=11的氨水等体积混合
C [A项,pH=3的盐酸中c(H+)=10-3mol/L,氨水是弱电解质,部分发生电离,pH=11时,c(H+)=10-11mol/L,c(OH-)=10-3mol/L,则氨水过量,溶液呈碱性;B项,c(H+)=c(OH-),二者都是强电解质,溶液呈中性;同理,C项中,CH3COOH过量,溶液呈酸性;D项,氨水过量,溶液呈碱性。]
[思路点拨] ①常温时,Kw=1×10-14;
②常温时,pH<7,实质上c(H+)>c(OH-)。
[母题变式] (1)若已知25 ℃时醋酸和一水合氨的电离平衡常数相等,则pH=3的醋酸溶液和pH=11的氨水等体积混合时溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。
(2)若将温度升高到100 ℃,此时Kw=1×10-12,则pH=3的盐酸和pH=11的氢氧化钡溶液等体积混合后溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)。
[解析] (1)中性。pH=3的醋酸溶液和pH=11的氨水等体积混合后溶液的溶质为醋酸铵,由于醋酸和一水合氨的电离平衡常数相等,所以醋酸根和铵根的水解程度相等,溶液呈中性。
(2)碱性。pH=3的盐酸中c(H+)=10-3mol·L-1,pH=11的氢氧化钡溶液中c(OH-)=Kw/c(H+)=10-1mol·L-1,二者等体积混合后OH-过量,溶液呈碱性。
[答案] (1)中性 (2)碱性
混合溶液酸碱性的判断方法
1.等浓度、等体积的一元酸与一元碱混合的溶液:
——“谁强显谁性,同强显中性”
2.室温下,已知酸和碱的pH之和的溶液等体积混合:
(1)两强混合。
①若pH之和等于14,则混合后溶液显中性,pH=7。
②若pH之和大于14,则混合后溶液显碱性,pH>7。
③若pH之和小于14,则混合后溶液显酸性,pH<7。
(2)一强一弱混合——“谁弱显谁性”。
pH之和等于14时,一元强酸(如HCl)与一元弱碱(如氨水)等体积混合后溶液显碱性。
一元弱酸(如CH3COOH)与一元强碱(如NaOH)等体积混合后溶液显酸性。
[对点训练]
1.已知25 ℃时有关弱酸的电离平衡常数:
弱酸化学式
CH3COOH
HCN
H2CO3
电离平衡常数
1.8×10-5
4.9×10-10
K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
现维持25 ℃,下列有关说法正确的是( )
A.等物质的量浓度的各溶液pH关系:pH(Na2CO3)>pH(CH3COONa)>pH(NaCN)
B.NaHCO3溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(HCO)+c(CO)+c(OH-)
C.向pH=1的醋酸溶液中加水稀释,醋酸溶液的电离度、pH均先增大后减小
D.a mol·L-1HCN溶液与b mol·L-1NaOH溶液等体积混合,若pH=7,则a>b
D [由弱酸的电离平衡常数可知,酸性:CH3COOH>H2CO3>HCN>HCO,酸性越弱,形成的强碱弱酸盐的水解程度越大,溶液碱性越强,故等物质的量浓度的各溶液pH:pH(Na2CO3)>pH(NaCN)>pH(CH3COONa),A项错误;由电荷守恒得:c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO)+2c(CO),B项错误;加水稀释时,醋酸溶液的电离度、pH均增大,当无限稀释时,pH接近7但小于7,C项错误;一元弱酸与一元强碱等体积混合,若pH=7,则酸的浓度应大于碱的浓度,D项正确。]
2.(2019·赣州模拟)常温下,下列溶液一定呈碱性的是( )
A.能与金属铝反应放出H2的溶液
B.=10-6的溶液
C.pH=2的CH3COOH溶液与pH=12的NaOH溶液等体积混合
D.0.01 mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的HCl溶液等体积混合
B [A项,溶液可能是强酸性溶液,也可能是强碱性溶液;B项,c(H+)<c(OH-),溶液呈碱性;C项,CH3COOH是弱酸且过量,溶液呈酸性;D项,二者恰好完全反应生成NH4Cl溶液,因水解呈酸性。]
3.(2019·绵阳模拟)现有常温下pH=a的NaOH溶液与pH=b的硫酸溶液,将二者等体积混合,所得溶液呈中性,则下列对两溶液的相关分析不正确的是( )
A.Kw均为1×10-14
B.若a=12,则有b=2
C.a、b为固定值
D.水电离出的c(H+)相等
C [常温下,pH=a的NaOH溶液中c(OH-)=10a-14mol·L-1,pH=b的硫酸溶液中c(H+)=10-bmol·L-1,二者等体积混合所得溶液呈中性,则有V L×10a-14mol·L-1=10-bmol·L-1×V L,得出a+b=14。Kw只与温度有关,与溶液的酸碱性无关,故室温下两溶液中均有Kw=1×10-14,A项正确。由于a+b=14,若a=12,则有b=2,B项正确。a、b不是固定值,只要满足a+b=14,且a>7,b<7即可,C项错误。由于a+b=14,NaOH溶液中H+由水电离产生,则有c(H+)=10-amol·L-1;硫酸溶液中OH-由水电离产生,则有c(H+)水电离=c(OH-)=10b-14mol·L-1=10(14-a)-14mol·L-1=10-amol·L-1,故两溶液中水电离出的c(H+)相等,D项正确。] 酸碱中和滴定及其应用
(对应复习讲义第96页)
1.实验原理
(1)酸碱中和滴定是利用酸碱中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
(2)酸碱中和滴定的关键
①准确测定标准液的体积。
②准确判断滴定终点。
2.实验用品
(1)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、锥形瓶。
(2)试剂的变色范围
指示剂
变色范围的pH
石蕊
<5.0红色
5.0~8.0紫色
>8.0蓝色
甲基橙
<3.1红色
3.1~4.4橙色
>4.4黄色
酚酞
<8.2无色
8.2~10.0粉红色
>10.0红色
(3)滴定管的使用
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
酸式滴定管
氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性
碱式滴定管
碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
3.实验操作
(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备
检漏
检查是否漏水
洗涤
装、排
调、读
调整液面至以下,并读数
注、加
(2)滴定
(3)终点判断:等到滴入最后一滴反应液,指示剂变色,且在半分钟内不能恢复原来的颜色,视为滴定终点,并记录标准液的体积。
(4)数据处理:按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据原理计算。
c(NaOH)=
4.误差分析的方法
依据原理c(标准)·V(标准)=c(待测)·V(待测),所以c(待测)=,因为c(标准)与V(待测)已确定,所以只要分析出不正确操作引起V(标准)的变化,即分析出结果。
[提醒] 一般不选用石蕊作指示剂,因颜色变化不明显。
(1)酸性KMnO4溶液应用碱式滴定管盛装。( )
(2)用碱式滴定管准确量取20.00 mL的NaOH溶液。( )
(3)将液面在0 mL处的25 mL的酸式滴定管中的液体全部放出,液体的体积为25 mL。( )
(4)用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氨水时应选择酚酞作指示剂。( )
(5)用标准浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时,滴定时,部分酸液滴在锥形瓶外,所测结果偏高。( )
[提示] (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
角度1 中和滴定原理、操作及相关应用
1.用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,参考如图所示,从下表中选出正确选项( )
选
项
锥形瓶
中溶液
滴定管
中溶液
选用
指示剂
选用
滴定管
A
碱
酸
石蕊
乙
B
酸
碱
酚酞
甲
C
碱
酸
甲基橙
乙
D
酸
碱
酚酞
乙
D [解答本题的关键是:①明确酸式、碱式滴定管使用时的注意事项,②指示剂的变色范围。酸式滴定管不能盛放碱液,而碱式滴定管不能盛放酸液,指示剂应选择颜色变化明显的酚酞或甲基橙,不能选用石蕊。]
2.某同学用0.100 0 mol·L-1NaOH溶液滴定20.00 mL某浓度的CH3COOH溶液。
(1)部分操作如下:
①取一支用蒸馏水洗净的碱式滴定管,加入标准氢氧化钠溶液,记录初始读数
②用酸式滴定管放出一定量待测液,置于用蒸馏水洗净的锥形瓶中,加入2滴甲基橙
③滴定时,边滴加边振荡,同时注视滴定管内液面的变化
请选出上述操作过程中存在错误的序号:________。
上述实验与配制一定物质的量浓度溶液实验中用到的相同仪器是________________________________________________________________________。
(2)某次滴定前滴定管液面如图所示,读数为________mL。
(3)根据正确实验结果所绘制的滴定曲线如图所示,其中点①所示溶液中c(CH3COO-)=1.7c(CH3COOH),点③所示溶液中c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(Na+)。计算醋酸的电离常数:______,该CH3COOH的物质的量浓度为________mol·L-1。
(4)上述错误操作中,对测定结果会引起相应误差,指出对应操作产生的误差(用“偏高”“偏低”或“无影响”对应表示,如操作无错误,可以不填)
操作
结果
①
②
③
(1)①②③ 烧杯、胶头滴管
(2)0.29 (3)1.7×10-5 0.100 7
(4)
操作
结果
①
偏高
②
偏低
③
偏高
3.(2016·全国卷Ⅰ)298 K时,在20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水中滴入0.10 mol·L-1的盐酸,溶液的pH与所加盐酸的体积关系如图所示。已知0.10 mol·L-1氨水的电离度为1.32%,下列有关叙述正确的是( )
A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂
B.M点对应的盐酸体积为20.0 mL
C.M点处的溶液中c(NH)=c(Cl-)=c(H+)=c(OH-)
D.N点处的溶液中pH<12
D [A项用0.10 mol·L-1盐酸滴定20.0 mL 0.10 mol·L-1氨水,二者恰好完全反应时生成强酸弱碱盐NH4Cl,应选用甲基橙作指示剂。B项当V(HCl)=20.0 mL时,二者恰好完全反应生成NH4Cl,此时溶液呈酸性,而图中M点溶液的pH=7,故M点对应盐酸的体积小于20.0 mL。C项M点溶液呈中性,则有c(H+)=c(OH-);据电荷守恒可得c(H+)+c(NH)=c(OH-)+c(Cl-),则有c(NH)=c(Cl-),此时溶液中离子浓度关系为c(NH)=c(Cl-)>c(H+)=c(OH-)。D项NH3·H2O为弱电解质,部分发生电离,N点时V(HCl)=0,此时氨水的电离度为1.32%,则有c(OH-)=0.10 mol·L-1×1.32%=1.32×10-3mol·L-1,c(H+)==mol·L-1≈7.58×10-12mol·L-1,故N点处的溶液中pH<12。]
指示剂选择的基本原则
变色要灵敏,变色范围要小,变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
(1)不能用石蕊作指示剂。
(2)滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,例如用NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,例如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。
(5)并不是所有的滴定都须使用指示剂,如用标准的Na2SO3溶液滴定KMnO4溶液时,KMnO4颜色恰好褪去时即为滴定终点。
角度2 中和滴定曲线分析
【例】 (2019·九江模拟)25 ℃时,向100 mL 0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加0.1 mol·L-1NaOH溶液①得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。下列说法错误的是( )
②
A.a点时③溶液的pH<1
B.a点到b点的过程中,溶液的导电能力④减弱
C.ab段上的点(不包括a点)均满足关系式:c(NH)+c(Na+)<2c(SO)
D.b点时离子浓度大小顺序为:c(Na+)>c(SO)>c(NH)>c(H+)>c(OH-)
D [a点为0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液,电离产生的氢离子浓度为0.1 mol·L-1,NH水解呈酸性,所以a点氢离子浓度大于0.1 mol·L-1,故A正确;b点加入的氢氧化钠恰好消耗完H+,离子的物质的量不变,但溶液体积增大,浓度减小,导电能力减弱,故B正确;ab段上的点(不包括a点),根据电荷守恒,均满足关系式:c(NH)+c(Na+)+c(H+)=2c(SO)+c(OH-),ab段上的点显酸性c(H+)>c(OH-),所以c(NH)+c(Na+)<2c(SO),故C正确;b点恰好消耗完H+,溶液中的溶质为等物质的量的(NH4)2SO4与Na2SO4,NH水解,c(Na+)=c(SO)>c(NH)>c(H+)>c(OH-),故D错误。]
[思路点拨] ①滴加顺序NaOH溶液NH4HSO4溶液,离子反应顺序为H++OH-===H2O,NH+OH-===NH3·H2O。
②向NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液时,曲线沿a→b→c→d→e方向变化。
③a点是起始时,此时为NH4HSO4溶液;另外注意c点溶液pH=7。
④溶液的导电能力主要与溶液中离子浓度大小有关。
巧抓“四点”突破滴定曲线分析
(1)抓反应“一半”点,判断是什么溶质的等量混合。
(2)抓“恰好反应”点,生成的溶质是什么?判断溶液的酸碱性。
(3)抓溶液的“中性”点,生成什么溶质,哪种物质过量或不足。
(4)抓反应的“过量”点,溶液中的溶质是什么?判断哪种物质过量。
[对点训练]
1.
常温下,向100 mL 0.01 mol·L-1HA溶液中逐滴加入0.02 mol·L-1的MOH溶液,如图中所示曲线表示混合溶液的pH变化情况。下列说法中正确的是( )
A.HA为一元弱酸,MOH为一元强碱
B.滴入MOH溶液的体积为50 mL时,c(M+)>c(A-)
C.N点水的电离程度大于K点水的电离程度
D.K点时,c(MOH)+c(M+)=0.02 mol·L-1
C [0.01 mol·L-1 HA溶液中pH=2,则HA是强酸,与50 mL 0.02 mol·L-1的碱溶液恰好反应后,溶液呈酸性,与51 mL 0.02 mol·L-1碱溶液反应后溶液呈中性,说明碱为弱碱,A错误;当滴入MOH溶液的体积为50 mL时,此时溶液显酸性,由电荷守恒c(M+)+c(H+)=c(OH-)+c(A-),因c(H+)>c(OH-),则c(M+)<c(A-),B错误;由图像可知,N点溶液呈中性,水电离的c(H+)为10-7mol·L-1,K点溶液呈碱性,MOH电离的OH-抑制了水电离,水电离的c(H+)小于10-7mol·L-1,所以N点水的电离程度大于K点水的电离程度,C正确;在K点时混合溶液体积是酸溶液的2倍,物质的量也是HA的2倍,所以c(MOH)+c(M+)=2c(A-)÷2=0.01 mol·L-1,错误。]
2.(2019·怀化模拟)25 ℃时,向20 mL 0.1 mol·L-1盐酸中逐滴加入等浓度的氨水,溶液中pH与pOH[pOH=-lgc(OH-)]的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.b点消耗氨水的体积为20 mL
B.pH>7时,溶液中都一定有:c(NH)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+)
C.a点和c点所示溶液中水所电离出的c(OH-)分别为10-9mol·L-1和10-5mol·L-1
D.ab段所示溶液中相关离子浓度关系可能为:c(NH)>c(Cl-)>c(NH3·H2O)
D [A项,滴定过程中发生的反应为NH3·H2O+HCl===NH4Cl+H2O。b点pH=pOH=7,溶液呈中性,若消耗氨水的体积为20 mL,二者恰好反应生成NH4Cl,溶液呈酸性,错误;B项,pH>7,说明溶液呈碱性,溶质为NH4Cl和NH3·H2O,离子浓度可能是c(NH)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+),错误;C项,a点溶液显碱性,水电离出c(H+)=10-9mol·L-1,c点溶液显酸性,溶质可能为NH4Cl和HCl,水电离出的c(H+)=10-9mol·L-1,错误;D项,ab段溶液显碱性,离子浓度可能是c(NH)>c(Cl-)>c(NH3·H2O),正确。]
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