溶液pH值的计算

pH的计算是化学中一类典型计算题。这类题能有效地测试考生的判断、推理、运算等思维能力。下面就有关溶液pH的计算类型进行探讨和归纳。

一、定义型(指单一溶质的溶液pH的计算)

pH值的定义式为pH＝－lgc(H⁺)。解题的关键是求各种情况下的c(H⁺)：对于浓度为c的酸(H_nA)，当其为强酸时：c(H⁺)＝nc；当其为弱酸时，c(H⁺)＝ac(a为电离程度)；对于浓度为c的碱(B(OH)_n，当其为强碱时，c(OH-)＝nc；c(H⁺)＝10^-14/(nc)，再根据水的离子积求c(H⁺)。当酸电离的氢离子(或碱电离的氢氧根离子)浓度较大时，可以忽略水电离的氢离子(或氢氧根离子)；在浓度极低的酸碱溶液中，不能忽略水电离的氢离子和氢氧根离子浓度。

例1：0.1mol/L的酸溶液的pH值

A、＝1；

B、≥1；

C、≤1；

D、无法确定

解析：当酸为强酸时，为一元强酸，c(H⁺)＝0.1mol/L，则pH＝1；为二元强酸，c(H⁺)＝0.2mol/L，则pH＜1；为一元弱酸，c(H⁺)＜0.1mol/L，则pH＞1。因此，正确答案为D

二、稀释型(指单一溶质加水稀释)

由于稀释前后酸或碱的物质的量不变，根据c₁V₁＝c₂V₁求出稀释后氢离子(酸溶液)或氢氧根离子(碱溶液)的浓度，进而计算出pH值。上述计算比较繁琐，可以采用下面的经验规律：①pH＝a强酸的稀释10ⁿ后pH＝a+n；pH＝a弱酸稀释10ⁿ后a＜pH＜a+n；若酸的溶液无限稀释，则无论酸的强弱，pH一律接近于7。②若为碱：pH＝a的强碱稀释10ⁿ后pH＝a－n；pH＝a的弱碱稀释10ⁿ后a－n＜pH＜a；若碱的溶液无限稀释，则无论碱的强弱，pH一律接近于7。

例2：下列六种情况下的pH分别为多少?

(1)pH＝2的HCl溶液稀释1000倍，所得溶液的pH（）

(2)pH＝2的CH₃COOH溶液稀释1000倍，所得溶液的pH（）

(3)pH＝2的HCl溶液稀释100倍，所得溶液的pH（）

(4)pH＝11的NaOH溶液稀释100倍，所得溶液的pH（）

(5)pH＝11的NH₃·H₂O溶液稀释100倍，所得溶液的pH（）

(6)pH＝10的NaOH溶液稀释100倍，所得溶液的pH（）

解析：应用上述方法，不难得出正确答案分别为：5；2＜pH＜5；7；9；9＜pH＜11；7。

三、溶液混合型

同性溶液混合的实质是同种离子存在量的积累，可以按照溶液混合公式cV=c₁V₁+c_2V2]计算出混合液的氢离子(酸混合)或氢氧根离子浓度。此外还存在一些经验规律：①当两种强酸溶液的pH相差2及以上，且等体积混合时，pH(混)＝pH(小)＋0.3；②当两种强碱溶液的pH相差2及以上，且等体积混合时：pH(混)＝pH(大)－0.3。

异性溶液混合的实质是异种粒子相互抵消，因此首先判断酸或碱的过量情况，再根据过量情况计算剩余氢离子(酸过量)或者氢氧根离子(碱过量)浓度，再计算溶液的pH值；若刚好中和，则溶液的pH＝7。

当pH＝a的强酸和pH＝b的强碱，体积分别为V(酸)和V(碱)，混合后溶液呈中性，根据n(H⁺)＝n(OH^-)可以得到10^-a×V(酸)＝(10^-14/10^-b)×V(碱)，整理得到V(酸):V(碱)＝10^a＋b－14

例3：25℃时，有pH为a的盐酸和pH为b的NaOH溶液，取该盐酸1体积同该NaOH10体积溶液中和，刚好溶液中c(Na⁺)＝c(Cl^-)。则a+b＝(  )

解析：解题的关键是抓住中性溶液中:n(H⁺)＝n(OH^-)，则有10^-a×1＝(10^-14/10^-b)×10，得出10^-a＝10^-13+b∴a＋b＝13。

例5：100℃(Kw=1.0×10^-12)时，若10体积的某强酸与1体积的某种强碱溶液混合后溶液呈现中性，则混合前，该强酸的pH与强碱的pH之间应满足的关系是       。

解析：首先我们要注意题干的温度是100℃。由题意可以得到，10体积的酸与1体积的碱混合呈现中性，说明碱的物质的量的浓度是酸的10倍，由上述规律可知10^n-12=10，即n-12=1 即n=13。

四、混合液酸碱性的判断

在已知混合前溶液浓度的条件下，可以根据酸碱反应的方程式计算得到的产物，生成物溶液的酸碱性也就是混合液的酸碱性。混合液酸性与所得产物的水解相关，酸碱性判断取决于酸碱的强弱，同强显中性，谁强显谁性。如0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液等体积混合，根据化学方程式计算得到生成氯化钠溶液，因此溶液呈酸性。

在解题的过程中经常会遇到a+b=n型强酸强碱混合的情况。对于强酸或者强碱来说，pH值和浓度之间可以进行换算。虽然弱酸或弱碱的浓度和pH值之间也存在着固定的换算关系，但是这超出了中学化学的考试范围。因此酸和碱混合可以根据以下的经验规律，pH=a的酸和pH=14-a的碱等体积混合后，混合液的酸碱性同电离较弱的物质有关；如pH＝2的HCl与pH＝12的NH₃·H₂O溶液等体积混合后，溶液显碱性；pH＝2的CH₃COOH溶液与pH＝12的NaOH溶液等体积混合后，溶液显酸性。