图片提示词

溶液的酸碱性与pH的关系 探究新知 情境创设 在一次校园科学节上，化学社团展示了三种无色透明的溶液：一瓶来自汽水厂的碳酸饮料、一瓶自来水和一瓶家用厨房清洁剂。社团成员用pH试纸分别检测后发现，三种溶液呈现出不同的颜色——红色（酸性）、绿色（中性）和蓝色（碱性）。有同学好奇地提问：“为什么同样是无色液体，它们的酸碱性却差别这么大？我们平时说的pH值到底是怎么算出来的？它和氢离子浓度又有什么关系？” 探究主题：pH是如何定量表示溶液酸碱性强弱的？它与 c ( H + ) c(H + )和 c ( O H − ) c(OH − )之间存在怎样的数学与化学关系？ 探究活动 探究活动1：从生活现象看溶液酸碱性的本质差异 【探究任务】 观察上述三种溶液的pH试纸变色结果，结合已知信息判断其酸碱性，并尝试推测哪种溶液中 c ( H + ) c(H + )最大？哪种最小？ 已知常温下纯水中 c ( H + ) = 1 × 1 0 − 7 c(H + )=1×10 −7 mol/L，若某溶液中 c ( H + ) = 1 × 1 0 − 5 c(H + )=1×10 −5 mol/L，此时 c ( O H − ) c(OH − )是多少？该溶液呈酸性还是碱性？ 【探究发现】 现象观察：酸性溶液使pH试纸变红，碱性溶液变蓝，中性为绿色；酸性越强颜色越偏红，碱性越强越偏蓝。 初步分析：溶液酸碱性并非仅由是否存在 H + H + 或 O H − OH − 决定，而是取决于两者浓度的相对大小。 规律总结：在常温稀溶液中， c ( H + ) ⋅ c ( O H − ) = 1 × 1 0 − 14 c(H + )⋅c(OH − )=1×10 −14 始终成立；当 c ( H + ) > c ( O H − ) c(H + )>c(OH − )时为酸性，等于时为中性，小于时为碱性。 【知识建构】 水的离子积适用于稀电解质溶液：不仅纯水存在电离平衡 H 2 O ⇌ H + + O H − H 2 ​ O⇌H + +OH − ，任何稀溶液中 c ( H + ) c(H + )与 c ( O H − ) c(OH − )的乘积仍为 1 × 1 0 − 14 1×10 −14 （常温）。 溶液酸碱性判断依据： 酸性溶液： c ( H + ) > 1 × 1 0 − 7 c(H + )>1×10 −7 mol/L，且 c ( H + ) > c ( O H − ) c(H + )>c(OH − )； 中性溶液： c ( H + ) = c ( O H − ) = 1 × 1 0 − 7 c(H + )=c(OH − )=1×10 −7 mol/L； 碱性溶液： c ( H + ) < 1 × 1 0 − 7 c(H + )<1×10 −7 mol/L，且 c ( H + ) < c ( O H − ) c(H + )<c(OH − )。 探究活动2：pH的数学定义及其与氢离子浓度的关系 【探究任务】 计算以下三种情况下的pH值： （1） c ( H + ) = 1 × 1 0 − 7 c(H + )=1×10 −7 mol/L； （2） c ( H + ) = 1 × 1 0 − 5 c(H + )=1×10 −5 mol/L； （3） c ( H + ) = 1 × 1 0 − 9 c(H + )=1×10 −9 mol/L。 分析这三组数据对应的溶液酸碱性，归纳pH与酸碱性的对应关系。 若某溶液的 c ( H + ) = 2 × 1 0 − 6 c(H + )=2×10 −6 mol/L，如何计算其pH？是否仍可用 − lg ⁡ c ( H + ) −lgc(H + )公式？ 【探究发现】 原理分析：直接使用公式 p H = − lg ⁡ c ( H + ) pH=−lgc(H + )可快速将极小的浓度数值转化为便于比较的正数。 数值规律： c ( H + ) = 1 × 1 0 − 7 c(H + )=1×10 −7 → pH = 7（中性）； c ( H + ) = 1 × 1 0 − 5 c(H + )=1×10 −5 → pH = 5（酸性）； c ( H + ) = 1 × 1 0 − 9 c(H + )=1×10 −9 → pH = 9（碱性）。 机理解释：pH是 c ( H + ) c(H + )的负对数，因此 c ( H + ) c(H + )越大，pH越小，溶液越酸；反之则越碱。 【知识建构】 pH的定义式： p H = − lg ⁡ c ( H + ) pH=−lgc(H + )，是描述溶液酸碱性强弱的定量指标。 pH与酸碱性的关系（常温）： pH = 7：中性溶液； pH < 7：酸性溶液； pH > 7：碱性溶液。 pH的优势：避免处理极小数量级（如 1 0 − 5 10 −5 ），使表达更简洁直观，适合日常实验与工业控制。 探究活动3：pH的实际意义与适用范围 【探究任务】 查阅资料或回忆生活实例，列举几种常见物质的pH值（如柠檬汁、牛奶、血液、肥皂水等），分析其 c ( H + ) c(H + )的大致范围。 若某浓盐酸溶液中 c ( H + ) = 2 c(H + )=2 mol/L，能否用 p H = − lg ⁡ 2 ≈ − 0.3 pH=−lg2≈−0.3？这样的“负pH”是否有实际意义？ 为什么教材强调“稀溶液”才适用 p H = − lg ⁡ c ( H + ) pH=−lgc(H + )这一表达方式？ 【探究发现】 应用实例1：柠檬汁pH≈2，对应 c ( H + ) ≈ 1 × 1 0 − 2 c(H + )≈1×10 −2 mol/L，远高于纯水； 应用实例2：人体血液pH≈7.4，略偏碱性，体现生物体内精密酸碱调节机制； 应用价值：pH广泛应用于环境监测（雨水酸碱性）、食品工业（保鲜控制）、医学检验（尿液分析）等领域。 局限说明：对于浓度大于1 mol/L的浓溶液，水的电离平衡被严重干扰， c ( H + ) ⋅ c ( O H − ) = 1 × 1 0 − 14 c(H + )⋅c(OH − )=1×10 −14 不再准确，故pH计算需修正或改用其他方法。 【知识建构】 pH的应用价值：作为标准化指标，统一衡量各类稀溶液的酸碱度，便于交流与比较。 使用条件限制：仅适用于常温下的稀溶液（一般 c < 1 c<1 mol/L），此时水的离子积恒定，对数关系有效。 知识整合与提升 水的离子积 c ( H + ) ⋅ c ( O H − ) = 1 × 1 0 − 14 c(H + )⋅c(OH − )=1×10 −14 （常温）是判断所有稀溶液酸碱性的基础。 溶液酸碱性由 c ( H + ) c(H + )与 c ( O H − ) c(OH − )相对大小决定，而pH是 c ( H + ) c(H + )的负对数，提供便捷量化手段。 在常温下，pH = 7为中性，pH < 7为酸性，pH > 7为碱性，该标准适用于绝大多数实验与生活场景。 使用pH表示酸碱度具有简洁、直观、易操作的优点，但须注意其适用范围为稀溶液。