《pH的计算及应用》(教案)

第2课时pH的计算及应用(教师用书独具)●课标要求1．能进行溶液pH的简单计算。2．知道溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的重要作用。●课标解读1.掌握pH的简单计算，了解各类混合溶液pH的计算。2．掌握酸碱中和滴定的原理及操作方法。3．了解指示剂的选择及误差分析。●教学地位本课时pH计算是本章的难点，可利用分类法把不同情况下的计算归类。让同学们熟练掌握。酸碱中和滴定实验是学生理解了溶液酸碱性的基础上进一步提升实验操作能力。理解酸碱中和的实质，并学习误差分析。(教师用书独具)●新课导入建议(1)把pH＝2的HCl与CH3COOH分别稀释100倍，他们pH如何变化？(2)把0.1mol/LHCl与0.05mol/LNaOH等体积混合后，溶液的pH是多少？【提示】(1)HCl是强酸，pH＝4CH3COOH是弱酸2<pH<4(2)c(H＋)＝eq\f(0.1V－0.05V,2V)＝0.025mol/L＝2.5×10－2mol/LpH＝2－lg2.5。●教学流程设计课前预习安排：(1)看教材P47，填写【课前自主导学】中的“知识1，单一溶液中pH的计算”，并完成【思考交流1】；(2)看教材P47～48页，填写【课前自主导学】中“知识2，酸碱中和滴定”，并完成【思考交流2】。⇒步骤1：导入新课并对本课时的教材地位分析。⇒步骤2：建议对【思考交流1、2】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。⇓步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的3、5两题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇐步骤4：教师通过【例1】和教材P47页讲解研析，对“探究1”中的注意事项进行总结。⇐步骤3：师生互动完成“探究1”，可利用【问题导思】设置的问题由浅入深地进行，教师除【例1】之外，再变换一个命题角度，设置一些【教师备课资源】中例题以拓展学生的思路。⇓步骤6：师生互动完成“探究2，酸碱中和滴定”，可利用【问题导思】中设置的问题由浅入深地进行。⇒步骤7：教师通过【例2】和教材P47～48页讲解研析对“探究2”的注意事项进行总结，中和滴定的原理、步骤及误差分析。⇒步骤8：在老师指导下由学生自主完成【变式训练2】和【当堂双基达标】中的1、2、4三题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇒步骤9：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容，并课下完成【课后知能检测】。课标解读重点难点1.掌握溶液中pH的简单计算。2.掌握酸碱中和滴定原理及其操作方法与误差分析。1.溶液稀释时pH的变化规律。(难点)2.各类混合液pH的计算。(重点)3.根据酸、碱中和滴定的原理分析滴定过程中的误差。(重难点)(对应学生用书第46页)单一溶液pH计算1.计算方法据pH＝－lgc(H＋)，求pH的关键是求溶液中的c(H＋)。2．强酸和强碱溶液的pH计算(1)强酸溶液(以cmol·L－1的HnA溶液为例)c(H＋)＝ncmol·L－1pH＝－lgc(H＋)＝－lg_nc。(2)强碱溶液(以cmol·L－1的B(OH)n溶液为例)c(OH－)＝ncmol·L－1c(H＋)＝eq\f(Kw,nc)，pH＝－lgc(H＋)＝－lgeq\f(Kw,nc)1．若上述酸、碱都为弱酸、弱碱，其pH还相同吗？【提示】弱酸，pH>－lgnc弱碱，pH<－lgeq\f(Kw,nc)。酸碱中和滴定1.概念：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．原理：n(H＋)＝n(OH－)即：mc酸·V酸＝nc碱·V碱(m、n代表酸和碱的元数)3．仪器及其使用(1)仪器eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(酸式滴定管如图a,碱式滴定管如图b、c,铁架台、滴定管夹、锥形瓶、烧杯))(2)滴定管的使用①检查仪器：使用前检查滴定管活塞是否漏水。②润洗仪器：在加入反应液之前，洁净的滴定管要用所要盛装的溶液润洗2～3遍。③加入反应液：分别将试剂加入到相应滴定管中，使液面位于滴定管“0”刻度线上方处。④调节起始读数：在滴定管下放一烧杯，调节活塞，使滴定管尖嘴部分充满液体，然后调节滴定管液面在0或0刻度线以下，准确读取数值并记录。4．操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)(1)准备工作①滴定管的检漏。②洗涤：分别取酸式滴定管和碱式滴定管各一支，用蒸馏水洗涤2～3次，再用标准酸液和待测碱液各润洗2～3次，润洗液必须从滴定管下端排出。③装液：向碱式滴定管中装入待测NaOH溶液，排气泡，调整液面至0或0刻度以下，记录读数，放出一定体积NaOH溶液于洗净的锥形瓶中，以同样步骤将标准盐酸注入酸式滴定管，调整液面并记录。(2)滴定操作：在锥形瓶的待测溶液中滴加2～3滴酚酞试液，开始滴定。左手控制活塞，右手摇动锥形瓶，两眼注视锥形瓶内溶液颜色变化。①滴定速率：先快后慢，逐滴加入，不能成股流下。②终点的判断：当滴入最后一滴，刚好使指示剂变色，且半分钟内不褪色，即到终点，读数并记录。(3)数据处理：为减小误差，滴定时，要求重复实验2～3次，求平均值。2．(1)若量程为50mL的滴定管，从中放出25mL液体，滴定管中还剩25mL液体吗？(2)酸式滴定管必须盛酸溶液，碱式滴定管必须盛碱溶液，两者能交换盛装吗？【提示】(1)>25mL。(2)不能换装，因为酸式滴定管有磨砂的玻璃活塞，容易被碱液腐蚀。碱式滴定管有橡胶管，容易被酸性溶液腐蚀。(对应学生用书第47页)pH的计算及溶液稀释pH的变化【问题导思】①pH＝10的NaOH溶液与pH＝12的NaOH溶液等体积混合，混合后的c(H＋)＝eq\f(10－10＋10－12,2)对吗？【提示】不对，溶液呈碱性，应先求c(OH－)，再求c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)。②将pH＝5的盐酸溶液稀释1000倍，pH＝8吗？【提示】不对，pH不可能超越7(或酸性不能稀释后变成碱性)。③将同pH的盐酸和醋酸溶液稀释同样倍数后，pH还相同吗？【提示】不相同，醋酸pH小。1．单一溶液pH的计算(1)强酸溶液：据其物质的量浓度计算出c(H＋)，再通过pH＝－lgc(H＋)求pH。(2)强碱溶液：据其物质的量浓度计算出c(OH－)，再利用Kw转化为c(H＋)求pH。2．强酸强碱溶液混合后pH的计算溶液类型相关计算两种强酸混合eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(强酸c1：c1H＋,强酸c2：c2H＋))→c(H＋)混＝eq\f(cH＋1V1＋cH＋2V2,V1＋V2)→pH两种强碱混合eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(强碱c1：c1OH－,强碱c2：c2OH－))→c(OH－)混＝eq\f(c1OH－V1＋c2OH－V2,V1＋V2)→c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－混)→pH强酸强碱混合恰好完全反应显中性pH＝7酸过量先求c(H＋)混＝eq\f(cH＋酸V酸－cOH－碱V碱,V酸＋V碱)→pH碱过量先求c(OH－)混＝eq\f(cOH－碱V碱－cH＋酸V酸,V碱＋V酸)→c(H＋)混＝eq\f(Kw,cOH－混)→pH3.稀释后溶液pH的变化规律(1)对于强酸溶液(pH＝a)每稀释10n倍，pH增大n个单位，即pH＝a＋n(a＋n<7)。(2)对于强碱溶液(pH＝b)每稀释10n倍，pH减小n个单位，即pH＝b－n(b－n>7)。(3)对于弱酸溶液(pH＝a)每稀释10n倍，pH的范围是：a<pH<a＋n(即对于pH相同的强酸与弱酸稀释相同倍数，强酸pH变化的程度大)。(4)对于弱碱溶液(pH＝b)每稀释10n倍，pH的范围是：b－n<pH<b(即对于pH相同的强碱与弱碱稀释相同倍数，强碱pH变化的程度大)。1．弱酸、弱碱在稀释过程中有浓度的变化，又有电离平衡的移动，不能求得具体数值，只能确定其pH的范围。2．酸、碱无限稀释，pH无限接近于7，但不能超过7。求下列溶液的pH：(1)某H2SO4溶液的浓度是0.005mol·L－1，①此溶液的pH为________。②用水稀释到原来体积的100倍，pH为________。③再继续稀释104倍，pH为________。(2)pH＝3的盐酸与pH＝5的硫酸等体积混合，pH为________。(3)pH＝10和pH＝12的两种NaOH溶液等体积混合，pH为________。(4)pH＝12的NaOH溶液和pH＝4的HCl溶液等体积混合，pH为________。【解析】(1)①c(H＋)＝0.005mol·L－1×2＝0.01mol·L－1，pH＝－lg10－2＝2。②c(H＋)＝0.01mol·L－1÷100＝10－4mol·L－1，pH＝－lg10－4＝4。③pH接近7(酸无限稀释后不会变成碱)。(2)c(H＋)＝eq\f(10－3＋10－5,2)mol·L－1＝5×10－4mol·L－1，pH＝－lg(5×10－4)＝4－lg5＝3.3(强调10－3是10－5的100倍，所以10－5可以忽略不计。)(3)c(OH－)＝eq\f(10－2＋10－4,2)mol·L－1＝5×10－3mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(10－14,5×10－3)mol·L－1＝2×10－12mol·L－1。pH＝－lg(2×10－12)＝12－lg2＝11.7。(4)NaOH溶液中c(OH－)＝10－2mol·L－1；HCl溶液中c(H＋)＝10－4mol·L－1，二者等体积反应，碱过量，反应后溶液呈碱性。所以反应后c(OH－)＝eq\f(10－2－10－4,2)mol·L－1＝5×10－3mol·L－1，c(H＋)＝eq\f(10－14,5×10－3)mol·L－1＝2×10－12mol·L－1，pH＝－lg(2×10－12)＝12－lg2＝11.7。【答案】(1)①2②4③接近7(2)3.3(3)11.7(4)11.7求溶液pH的方法先判断溶液的酸碱性酸性→c(H＋)→pH＝－lgc(H＋)碱性→c(OH－)→c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)→pH＝－lgc(H＋)1．常温下，下列关于溶液稀释的说法中，正确的是()A．pH＝3的醋酸溶液稀释100倍，pH＝5B．pH＝4的H2SO4溶液加水稀释100倍，溶液中由水电离产生的c(H＋)＝1×10－6mol/LC．将1L0.1mol/L的Ba(OH)2溶液稀释为2L，pH＝13D．pH＝8的NaOH溶液稀释100倍，其pH＝6【解析】A项，pH＝3的醋酸溶液在稀释过程中电离平衡正向移动，稀释100倍后，3<pH＜5；B项，pH＝4的H2SO4溶液稀释100倍后，溶液中的c(H＋)＝10－6mol/L，溶液中的c(OH－)＝eq\f(10－14,10－6)mol/L＝10－8mol/L，水电离出的c(OH－)＝10－8mol/L，故水电离出的c(H＋)＝水电离出的c(OH－)＝10－8mol/L；C项，1L0.1mol/LBa(OH)2溶液稀释到2L时，c(OH－)＝eq\f(0.2,2)mol/L＝0.1mol/L，c(H＋)＝10－13mol/L，pH＝13；D项，NaOH溶液是碱溶液，无论怎样稀释，pH在常温下都不可能成为6，只能无限接近7。故选C。【答案】C【教师备课资源】在25℃时，若10体积的某一元强酸溶液与1体积的某一元强碱溶液混合后溶液呈中性，则混合之前，该强酸的pH与强碱的pH之间应满足的关系是________。【解析】设强酸溶液为10L，则强碱溶液为1L，两种溶液混合后呈中性，所以10c(H＋)酸＝c(OH－)碱方法一：根据碱溶液中水的离子积可得：10c(H＋)酸＝eq\f(1×10－14,cH＋碱)，则c(H＋)酸·c(H＋)碱＝eq\f(1×10－14,10)＝10－15，取负对数得：pH酸＋pH碱＝15。方法二：因为10c(H＋)酸＝eq\f(1×10－14,cH＋碱)，所以－lg[10c(H＋)酸]＝－lgeq\f(1×10－14,cH＋碱)，则pH酸－1＝14－pH碱，pH酸＋pH碱＝15。方法三：pH酸＝a，则c(H＋)酸＝10－a，pH碱＝b，则c(H＋)碱＝10－b，c(OH－)碱＝10b－14，根据题意：10×10－a＝1×10b－14,101－a＝10b－14，则1－a＝b－14，所以a＋b＝15，即pH酸＋pH碱＝15。【答案】pH酸＋pH碱＝15酸碱中和滴定误差分析【问题导思】①中和滴定的误差分析原理是什么？【提示】根据c待＝eq\f(c标V标,V待)分析②中和滴定的指示剂常用哪些？【提示】甲基橙、酚酞、一般不用石蕊③滴定中滴定管要用所盛溶液润洗，锥形瓶也要提前润洗吗？【提示】不用。1．误差分析原理中和滴定实验中，产生误差的途径主要有操作不当、读数不准等，分析误差要根据计算式分析，c待测＝eq\f(c标准·V标准,V待测)，c标准、V待测均为定值，c待测的大小取决于V标准的大小。V标准大，则c待测偏大；反之，偏小。2．常见误差分析可能情况操作及读数导致c(待)＝eq\f(c标·V标,V待)仪器的洗涤或润洗未用标准液润洗滴定管偏高未用待测液润洗移液管或所用的滴定管偏低用待测液润洗锥形瓶偏高洗涤后锥形瓶未干燥无影响滴定时溅落液体标准液漏滴在锥形瓶外一滴偏高待测液溅出锥形瓶外一滴偏低将移液管下部的残留液吹入锥形瓶偏高尖嘴处气泡处理不当滴前有气泡，滴后无气泡偏高滴前无气泡，滴后有气泡偏低读数不正确滴前仰视，滴后平视偏低滴前平视，滴后仰视偏高滴前仰视，滴后俯视偏低达终点后，滴定管尖嘴处悬一滴标准液偏高1．上述中和滴定误差分析时，标准液是放在滴定管中，待测液放在锥形瓶中。若把位置反放，则出现的误差相反。2．滴定管与量筒因最小刻度的位置相反，故仰视、俯视读数时出现的误差相反。在中和滴定操作过程中，有以下各项因操作不当引起的实验误差，用“偏高”“偏低”或“无影响”等填空：(1)滴定管用蒸馏水洗净后，未用已知浓度的标准溶液润洗，使滴定结果________；(2)锥形瓶用蒸馏水洗净后，又用待测溶液润洗，使滴定结果________；(3)滴定管(装标准溶液)在滴定前尖嘴处有气泡，滴定终点时无气泡，使滴定结果________；(4)滴定前平视，滴定终点时俯视，使滴定结果________________________________________________________________________；(5)滴定前仰视，滴定终点时平视，使滴定结果________________________________________________________________________；(6)过早估计终点，使滴定结果________；(7)过晚估计终点，使滴定结果________；(8)用含Na2O杂质的NaOH固体来配制已知浓度的标准溶液，用于滴定未知浓度的盐酸，使测得盐酸的浓度________；(9)用含Na2CO3杂质的NaOH固体来配制已知浓度的标准溶液，用于滴定未知浓度的盐酸，使测得盐酸的浓度________；(10)洗涤锥形瓶时，误把稀食盐水当做蒸馏水，然后用锥形瓶装待测的盐酸，用NaOH标准溶液滴定时，对测得的结果________。【解析】中和滴定误差分析的依据c(待测)＝eq\f(m,n)×eq\f(c标准×V标准,V待测)＝[eq\f(m,n)×eq\f(c标准,V待测)]×V(标准)。根据V(标准)的偏大或偏小判断c(待测)是偏高还是偏低。如(1)，滴定管装液前未用标准溶液润洗，会将标准溶液冲稀，导致所耗V(标准)偏大，使测得的c(待测)偏高。又如(2)，锥形瓶装液前用待测溶液润洗，会使锥形瓶内待测的溶质增加，导致所耗V(标准)偏大，使测得的c(待测)偏高，其余各选项可依此分析。【答案】(1)偏高(2)偏高(3)偏高(4)偏低(5)偏低(6)偏低(7)偏高(8)偏低(9)偏高(10)无影响中和滴定指示剂选择滴定种类选用的指示剂达滴定终点时颜色变化指示剂的用量滴定终点的判断标准强酸滴定强碱强酸滴定弱碱强碱滴定强酸强碱滴定弱酸甲基橙黄色→橙色酚酞红色→无色甲基橙黄色→橙色甲基橙红色→橙色酚酞无色→粉红色酚酞无色→粉红色2～3滴当指示剂刚好变色，并在半分钟内颜色不再变化，即认为已达滴定终点2．实验室中有一未知浓度的稀盐酸，某学生测定盐酸浓度是在实验室中进行的实验。请完成下列填空：(1)配制100mL0.10mol·L－1NaOH标准溶液。①主要操作步骤：计算→称量→溶解→(冷却后)→________________________________________________________________________→洗涤(并将洗涤液移入容量瓶)→________→________________________________________________________________________→将配制好的溶液倒入试剂瓶中，贴上标签。②称量________g氢氧化钠固体所需仪器有：天平(带砝码、镊子)、________、________。(2)取20.00mL待测盐酸放入锥形瓶中，并滴加2～3滴酚酞作指示剂，用自己配制的标准NaOH溶液进行滴定。重复上述滴定操作2～3次，记录数据如下：实验编号NaOH溶液的浓度(mol/L)滴定完成时，NaOH溶液滴入的体积(mL)待测盐酸的体积(mL)10.1022.6420.0020.1022.7220.0030.1022.8020.00①滴定达到终点的标志是________________________________________________________________________。②根据上述数据，可计算出该盐酸的浓度约为________(保留2位有效数字)。③排去碱式滴定管中气泡的方法应采用操作(如下图所示)中的________，然后轻轻挤压玻璃球使尖嘴部分充满碱液。④上述实验中，下列操作(其他操作正确)会造成测定结果偏高的有________。A．滴定至终点时俯视读数B．酸式滴定管使用前，水洗后未用待测盐酸润洗C．锥形瓶水洗后未干燥D．碱式滴定管尖端部分有气泡，滴定后消失【解析】(1)①按配制一定物质的量浓度溶液的步骤便得出冷却溶液后，应向容量瓶转移溶液，洗涤完后应定容、摇匀。②称量NaOH固体时要放在烧杯中称取，取用时用药匙。(2)①滴定终点为：当加入最后一滴NaOH溶液时，溶液由无色恰好变成浅红色，且半分钟内不褪色。②V[NaOH(aq)]＝eq\f(22.64＋22.72＋22.80,3)mL＝22.72mL，所以c(HCl)＝eq\f(22.72mL×0.10mol/L,20mL)＝0.11mol/L。③碱式滴定管排气泡宜用丙操作，这样便于把气泡排出。④A项，俯视读数小于实际量，结果偏低；B项，酸式滴定管里没有用待测液润洗，盐酸浓度降低，结果偏低；C项，锥形瓶未干燥，对实验没有影响；D项，滴定管尖端部分有气泡，气泡占一定的体积，测定结果偏高。【答案】(1)①转移定容摇匀②0.4烧杯(或表面皿)药匙(2)①最后一滴氢氧化钠溶液加入时，溶液由无色恰好变成浅红色，且半分钟内不褪色②0.11mol/L③丙④D【教师备课资源】(1)取体积相同(0.025L)的两份0.10mol/LNaOH溶液，把其中一份放在空气中一段时间后，溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，其原因________________________________________________________________________。(2)用已知浓度的硫酸溶液中和上述两份NaOH溶液，若中和第—份(在空气中放置一段时间)所消耗硫酸溶液的体积为VA，另一份消耗硫酸溶液的体积为VB，则：①以甲基橙为指示剂时，VA与VB的关系是________；②以酚酞为指示剂时，VA与VB的关系是________________________________________________________________________。【解析】NaOH溶液放置于空气中，因NaOH与空气中CO2反应，使NaOH减少，故溶液的pH减小。用H2SO4滴定Na2CO3溶液，反应分两个阶段进行：①H＋＋COeq\o\al(2－,3)=HCOeq\o\al(－,3)(此时溶液呈弱碱性)②2H＋＋COeq\o\al(2－,3)=CO2↑＋H2O(此时溶液呈弱酸性)滴定过程按哪种反应进行，取决于选择的指示剂。①若选用甲基橙作指示剂，因其变色范围为PH＝3.1～4.4，滴定反应按②进行，由关系式2NaOHeq\o(→,\s\up7(CO2))Na2CO32H＋,CO2知，消耗的H2SO4的量不变，故答案为VA＝VB；②若选用酚酞作指示剂，酚酞的变色范围为pH＝8.2～10，滴定反应按①进行，消耗H2SO4的量减少，故答案为VA<VB。【答案】(1)减小NaOH吸收空气中的酸性气体CO2，碱性减弱，pH减小(2)①VA＝VB②VA<VB(对应学生用书第50页)1．在一支25mL的酸式滴定管中装入0.1mol/L的HCl溶液，其液面恰好在5mL刻度处，若把滴定管中的溶液全部放入烧杯中，然后以0.1mol/L的NaOH溶液进行中和，则所需NaOH溶液的体积()A．大于20mLB．小于20mLC．等于20mLD．等于5mL【解析】若要正确解答本题，必须准确了解滴定管的刻度特征，如图所示，滴定管下部最大刻度线到活塞之间无刻度且充满溶液，因而把溶液全部放入烧杯中，其体积大于20mL，用等浓度的NaOH溶液中和，所需NaOH溶液的体积应大于20mL。注意：滴定管的量程小于滴定管的最大实际容量。故正确答案为A。【答案】A2．酸碱恰好完全中和时()A．酸与碱的物质的量一定相等B．溶液呈现中性C．酸与碱的物质的量浓度相等D．酸所能提供的H＋与碱所能提供的OH－的物质的量相等【解析】根据酸碱中和反应的实质可知酸碱恰好完全中和时，酸所能提供的H＋与碱所能提供的OH－的物质的量相等。【答案】D3．下列叙述正确的是()A．95℃B．pH＝3的醋酸溶液，稀释10倍后pH＝4C．0.2mol·L－1的盐酸，与等体积水混合后pH＝1D．25℃与60【解析】温度升高，水的电离程度