AP化學(xué)知識(shí)點(diǎn)之酸堿平衡中PH計(jì)算方法講解

 

　　在AP化學(xué)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中，酸堿平衡這部分是非常重要的一部分，卻也往往是很多同學(xué)們公認(rèn)的一大難點(diǎn)。因?yàn)槌_(kāi)理論知識(shí)外，這部分內(nèi)容還會(huì)涉及很多負(fù)載的計(jì)算過(guò)程，其中PH計(jì)算就是很多同學(xué)們非常難易掌握的一個(gè)內(nèi)容。下面A+國(guó)際教育小編就為大家簡(jiǎn)單講解一下這部分內(nèi)容。

　　總體來(lái)說(shuō)，凡是涉及到pH計(jì)算的題目，首先要確定該溶液是單一成分還是酸堿滴定過(guò)程中的混合溶液。對(duì)于單一組成的溶液，無(wú)非就是求某酸(不管是強(qiáng)酸還是弱酸)或者某堿(不管是強(qiáng)堿還是弱堿)，再或者酸堿滴定到達(dá)equivalence point(等量點(diǎn))時(shí)，也就是求某鹽溶液的pH。

　　如果是求混合溶液的pH，那一般是求在滴定過(guò)程中的pH，可能是在equivalencepoint之前，也可能是在equivalence point之后，所以，下面我們分別針對(duì)單一成分的溶液和混合溶液的pH分類探討：

　　一.單一成分溶液的pH

　　1、強(qiáng)酸強(qiáng)堿的pH

　　首先，根據(jù)pH的定義，

　　所以，求pH的關(guān)鍵就是求出H+的濃度，而強(qiáng)酸強(qiáng)堿是完全電離的，因此，對(duì)于一元強(qiáng)酸來(lái)說(shuō)，[H+]就等于酸的濃度。比如，對(duì)于200 ml，0.01 mol/L的HCl來(lái)說(shuō)，[H+]=[HCl]=0.01 mol/L，所以其pH=-log 0.01=2。

　　如果給的是二元酸，比如H2SO4，那么[H+]就等于酸濃度的兩倍。

　　如果給的是強(qiáng)堿溶液，那么求pH要利用這個(gè)結(jié)論，并且一般有兩種計(jì)算方法，比如求,500 ml，0.01 mol/L的KOH溶液的pH:

　　a.[OH-]=[KOH]=0.01 mol/L pOH=-log 0.01=2 pH=14-pOH=12

　　b.根據(jù)KW的值求出[H+]=KW/[OH-]=1*10-14/0.01=10-12 pH=-log 10-12=12

　　2、弱酸或弱堿的pH

　　一般求滴定曲線初始pH值時(shí)，我們要先計(jì)算出被滴定的弱酸或者弱堿電離出來(lái)的[H+]。弱酸弱堿都是發(fā)生部分電離的，所以一般根據(jù)它們的電離平衡方程式，借助Ka,Kb的值，利用ICE三段式求算即可。

　　比如AP的一道freeresponse：

　　對(duì)于(b)我們可以用ICE解答如下：

　　解出x即可。

　　同樣的方法求弱堿的pOH。

　　3、單一鹽溶液的pH

　　一般都是求酸堿滴定過(guò)程到達(dá)equivalence point時(shí)的pH，此時(shí)酸堿恰好中和反應(yīng)，溶液中只存在一種鹽。如果是強(qiáng)酸強(qiáng)堿的滴定，那很簡(jiǎn)單，pH=7。

　　如果是用強(qiáng)堿滴定弱酸，或者強(qiáng)酸滴定弱堿，那么此時(shí)生成的鹽由于會(huì)發(fā)生水解(Hydrolysis)而導(dǎo)致pH大于7或者小于7，具體求算需要借助共軛酸堿對(duì)(Conjugate Acid-base Pair)的平衡常數(shù)之積等于KW，即KW=Ka*Kb。

　　比如用NaOH滴定某弱酸HX到達(dá)equivalence point時(shí)，溶液中只有NaX，要想求此時(shí)的pH,那么第一步寫(xiě)出該弱酸根離子X(jué)-的水解方程式：

　　此水解平衡常數(shù)為Kb，Kb=KW/Ka(Hx)，然后列ICE求出OH-的濃度。一定要記住此水解平衡對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)應(yīng)為Kb不等于弱酸HX的Ka。

　　二.混合溶液的pH

　　AP考試中出現(xiàn)的混合溶液一般就是緩沖溶液(Buffer Solution)，也就是在到達(dá)equivalence point之前。此時(shí)的混合溶液是由未反應(yīng)完的弱酸HX與已經(jīng)被NaOH中和掉而生成的NaX組成的，所以這樣一對(duì)共軛酸堿對(duì)形成的混合溶液就是緩沖溶液。所以，簡(jiǎn)單一點(diǎn)的話，直接根據(jù)加入的NaOH的物質(zhì)的量得到NaX的量，再求出剩余的HX的量，然后代入緩沖溶液pH計(jì)算公式：

　　([base]即[X-],[acid]即[HX])

　　麻煩一點(diǎn)的話，也可以列HX的電離平衡方程式，把HX和NaX的初始濃度代入，用ICE去求H3O+的平衡濃度。

　　比如下面的(ii)：

　　根據(jù)HCIO和NaOH各自的物質(zhì)的量可以判斷NaOH不能完全中和掉HCIO，所以我們可以分別求出剩余HCIO此時(shí)的濃度為0.0245 mol/L，生成的NaClO的濃度為0.107 mol/L，然后直接利用緩沖溶液pH計(jì)算公式求出此時(shí)的pH，然后根據(jù)[H3O+]=10-pH求出答案。也可以利用ICE：

　　求出此時(shí)的x。

　　比較這兩種方法，直接利用緩沖溶液pH計(jì)算公式可以更快速的求出答案。所以，一旦判斷出來(lái)混合溶液是緩沖溶液，最好直接利用公式進(jìn)行計(jì)算，減少出錯(cuò)率。

　　2.當(dāng)酸堿滴定到達(dá)equivalencepoint之后，再繼續(xù)滴加NaOH，那此時(shí)的混合溶液就是中和反應(yīng)生成的鹽與過(guò)量的NaOH形成的混合溶液，這種情況下，我們一般直接根據(jù)過(guò)量的NaOH此時(shí)的濃度去計(jì)算[OH-]的濃度，然后求出pOH，再去求pH，忽略掉鹽溶液的水解對(duì)pH的影響。

　　以上就是A+小編關(guān)于AP化學(xué)知識(shí)點(diǎn)中單一溶液以及混合溶液的pH計(jì)算方法的講解，大家是不是已經(jīng)掌握了呢？如果在AP課程學(xué)習(xí)中還存在什么疑問(wèn)，一定要及時(shí)反饋給A+國(guó)際教育課程老師，讓老師一對(duì)一的輔導(dǎo)你開(kāi)展課程的學(xué)習(xí)，這樣學(xué)習(xí)起來(lái)才能事半功倍喲！