师：同学们好，今天我们一起来学习溶液的酸碱性与pH。溶液的酸碱性在日常生产生活中意义重大，比如啤酒酿造工艺，从发酵到成品都要不断测定溶液的pH，以保证最佳酿造效果。
对于pH这个名词，大家并不陌生，初中化学就介绍过可以用pH来表示溶液的酸碱性。不过，可能很多同学存在一些疑问，比如，pH到底是什么？pH与溶液的酸碱性有怎样的关系？pH该如何测定？搞清楚这些问题，就是今天这节课的学习目标。
首先，我们系统认识一下pH的定义。pH指的是溶液中氢离子浓度以10为底的负对数，即pH = -log[H?] 。从数学关系上看，pH与氢离子浓度呈反比，氢离子浓度越大，pH越小。从定义上看，pH只是结合数学对数模型对氢离子浓度的一种特殊表征。那为什么要这样表征呢？这得提到丹麦化学家索伦森所在的实验室，当时啤酒公司是最大资助商，为了帮资助商酿出优质啤酒，他每天要通过氢离子浓度记录溶液酸碱性情况。从10??到10?? ，数据小且跨度大，统计起来十分不便。于是后来索伦森结合对数模型提出了pH的概念和表征方式。
大家别小瞧pH的提出，它通过优化数学模型，将原本以氢离子浓度直接表征、变化范围可能很大的复杂化学现象，提炼成了易于掌握的简单指标，这在化学研究领域具有重要的启发意义。那么，pH与溶液的酸碱性究竟是怎样的关系呢？我们先从溶液呈现酸碱性的本质原因开始讨论，请同学们结合上一课的学习，完成下面探究活动。
无论在何种溶液中，水电离出的氢离子和氢氧根离子浓度一定相等。其次，在一定温度下，溶液中的氢离子和氢氧根离子浓度积为定值，即水的离子积常数Kw 。
已知室温下Kw = 1×10?1? ，第一组的氯化钠溶液中，氢离子和氢氧根离子均由水电离产生，二者浓度相等，结合Kw ，可算出其浓度为1×10?? mol/L 。第二组的氯化氢溶液中，溶质电离出的氢离子很大程度上抑制了水的电离，溶液中氢离子浓度近似取溶质电离出的氢离子浓度，即1×10?2 mol/L ，结合Kw ，可算出溶液中氢氧根离子浓度为1×10?12 mol/L 。第三组的氢氧化钠溶液中，溶质氢氧化钠电离出的氢氧根离子抑制了水的电离，溶液中氢氧根离子浓度近似取1×10?2 mol/L ，结合Kw ，可算出溶液中氢离子浓度为1×10?12 mol/L 。
我们通常认为酸性体现的是氢离子性质，碱性对应氢氧根离子性质，但在水溶液中，氢离子和氢氧根离子是同时存在的。那么，界定溶液酸碱性的标准是什么呢？综合探究结果可知，溶液呈现酸碱性的本质与判断，主要看溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小。当溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时，主要呈现氢离子的性质，溶液为酸性，比如刚才讨论的氯化氢溶液；当溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度时，主要呈现氢氧根离子的性质，溶液为碱性，例如刚才讨论的氢氧化钠溶液；当溶液中氢离子和氢氧根离子浓度相等时，溶液呈中性，如氯化钠溶液。并且，我们还能进一步判断，在酸性溶液中，氢离子浓度越大，酸性越强；同理，在碱性溶液中，氢氧根离子浓度越大，碱性越强。
一直以来，我们习惯用pH与7的关系来判断溶液的酸碱性，这里其实默认了一个前提，就是指室温下的判断。例如，当pH = 7时，代表溶液中氢离子浓度是1×10?? mol/L ，但只有结合Kw = 1×10?1? ，才能进一步判断溶液中的氢氧根离子浓度也为1×10?? mol/L ，从而判断溶液呈中性。
pH < 7，对应着溶液中的氢离子浓度大于1×10?? mol/L ，只有结合Kw = 1×10?1? ，才能进一步判断溶液中的氢氧根离子浓度小于1×10?? mol/L ，进而判断溶液呈酸性。pH > 7，对应着溶液中氢离子浓度小于1×10?? mol/L ，只有结合Kw = 1×10?1? ，才能判断氢氧根离子浓度大于1×10?? mol/L ，所以能判断溶液呈碱性。通过今天的讨论，希望大家明确用pH判断溶液酸碱性的前提和实质。接下来请同学们思考，参照pH，能否构建其他模型来表征溶液的酸碱性？
生：用溶液中氢氧根离子浓度的负对数来表征行不行呢？
师：当然可以。后来就有人提出了pOH的概念，即pOH = -log[OH?] 。下图是室温下的pOH和pH组成的线性关系，请同学们仔细观察并快速找出其中的规律。
生：室温下pOH和pH之和为14。
师：结合溶液中氢离子和氢氧根离子浓度之积在室温下为1×10?1? ，这一规律不难理解。如果p代表负对数的意思，我们甚至可以概括出在任何情况下都应存在pOH + pH = pKw 。受到pH模型的启发，科学家后来又提出了酸度的概念，请同学们根据酸度的定义，结合今天的学习，完成下面的提升训练。
让我们看一下a项，在一定温度下，溶液中的氢氧根离子浓度应该与氢离子浓度成反比，同时pH也与氢离子浓度呈反比。因此可以得出，在一定温度下，溶液中的氢氧根离子应该与pH成正比，所以其浓度增大时pH也应增大，a项错误。b项中，室温下pH = 9的氢氧化钠溶液，氢离子浓度等于1×10?? mol/L ，氢氧根离子浓度应该为1×10?? mol/L ，结合酸度的定义，可算出AG = log(1×10??÷1×10??) = -4，故b项不正确。
c项，pH < 7，仅代表溶液中氢离子浓度大于1×10?? mol/L ，在未指明温度的情况下，不能判断溶液酸碱性。以100℃为例，100℃时Kw = 1×10?12 ，该条件下中性溶液中氢离子和氢氧根离子浓度均为1×10?? mol/L 。当溶液中氢离子浓度大于1×10?? mol/L ，但小于1×10?? mol/L 时，溶液反而呈碱性，故c也不正确。
d项，结合AG的定义，AG > 0就代表溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，所以溶液一定呈酸性，d项正确。对比AG模型和pH，我们不难发现AG才是对溶液中氢离子和氢氧根离子浓度相对大小的最直接表征。但由于pH已被广泛接受，所以在溶液酸碱性的表征及测定过程中，我们依然沿用pH这一模型。关于pH的测定，我们先归纳一下pH试纸的使用。
首先，进行定量测定时，一定要注意操作规范性。即剪取pH试纸置于玻璃片或表面皿上，用玻璃棒蘸取待测液点在pH试纸中部，待变色稳定后，再对照比色卡读数。不能直接将pH试纸插入待测液中，这是不规范的。
其次，常用的pH试纸有广泛pH试纸和精密pH试纸两种类型。我们过去使用最多的是广泛pH试纸，使用时它只能读出整数，只能进行粗略测定。精密pH试纸虽然可以判别0.2或0.3的差值，但其测定范围通常较窄。例如图中展示的这款精密pH试纸，它的测定范围只是3.8 - 5.4 。也就是说，选择精密pH试纸时，要提前对溶液的酸碱性进行大致预判，以选择合适范围的精密pH试纸。
如果要精确到更小的差值，那就需要更精确的pH测定仪器，比如pH计。pH计一般可以精确到0.01的差值，使用也很方便，使用前注意用蒸馏水清洗探头，测定时，pH计可以直接显示待测液的pH。
pH的测定不仅在工农业生产上意义重大，在日常生活中也有广泛应用。比如大家都知道碱性的肥皂水有较强的去油污能力，平时用的洗发水很多也是弱碱性的，就有同学提出能不能用普通的肥皂水洗头呢？结合资料卡片，如果要准确回答这个问题，就需要对普通肥皂水的pH进行测定。接下来我们一起见证这个实验。
（校准后pH的读数为6.86，清洗探头后，读数为7.02，测量事先准备好的普通肥皂水，pH值为9.26）
师：通过实验，我们发现普通肥皂水的pH明显大于资料中的7.5，所以不建议大家用肥皂水洗头。同时在此提醒大家，不要选择碱性太强的洗发水，以免造成不必要的头皮损伤。除了在生产生活中的应用，pH的测定也是中学化学讨论的重要实验之一，接下来请同学们思考如下问题。
第一个问题，你认为哪些情况不宜用pH试纸测定？
生：像氯水这种具有漂白性的溶液不能用pH试纸进行测量，因为pH试纸是根据颜色变化进行读数的。
师：第二个问题，pH试纸使用时是否需要提前润湿？
生：这要视情况而定。如果用于定性判断，比如之前介绍的氨气性质的检验，就需要对pH试纸进行提前润湿，以便吸收氨气，同时提供一水合氨的电离环境。但如果用于定量测定就不能润湿，因为润湿相当于稀释了待测液，可能会导致测量结果出现误差。
师：那会出现怎样的误差呢？这就是我们要讨论的第三个问题。
生：对中性溶液明显无影响，例如室温下的氯化钠溶液，无论浓稀，pH值始终为7。但对于酸性溶液，稀释会导致溶液中显性离子氢离子的浓度减小，从而使测量结果pH值偏高。对于碱性溶液，稀释会导致溶液中显性离子氢氧根离子浓度减小，同时氢离子浓度增大，测量结果pH值偏低。
师：由于在一定温度下，溶液中氢离子和氢氧根离子浓度之积为一定值，因此氢氧根离子浓度减小时，氢离子浓度必然增大。但很多同学可能会有这样的困惑，比如碱性溶液稀释时，为什么只稀释了氢氧根离子，却没有稀释氢离子呢？这里我们以室温下0.1 mol/L的氢氧化钠溶液为例。该溶液中氢氧根离子浓度为1×10?1 mol/L ，氢离子浓度为1×10?13 mol/L 。稀释时所加的水中氢离子和氢氧根离子浓度均为1×10?? mol/L 。二者混合后所得新溶液中氢氧根离子浓度应该在1×10?1 mol/L到1×10?? mol/L之间，对比原溶液浓度明显减小。而氢离子浓度应该在1×10?13 mol/L到1×10?? mol/L之间，对比原溶液浓度明显增大。其实，如果清楚稀释的对象仅是指溶质，这一结论并不难理解。例如碱性溶液中氢氧根离子才是主要由溶质产生的，而氢离子是由溶剂水电离产生的。因此，碱性溶液只稀释了氢氧根离子，同理，酸性溶液也只稀释氢离子。通过今天的讨论，希望大家对稀释有更深层次的认识，接下来请同学们完成检测训练。
我们都知道胃液是呈酸性的，从起点上看，BD明显不符合客观事实。再结合之前的讨论，室温下胃液稀释后溶液中氢离子浓度应该小于原浓度，但大于1×10?? mol/L ，故pH不可能大于7，所以c项也不合理，只有a项更符合事实。
最后，我们一起小结一下今天的学习内容。首先，我们从微观视角认识了溶液呈现酸碱性的本质，即主要看溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小。其次，系统认知了pH模型的建立和意义，明确了用pH判断溶液酸碱性的前提和实质。通过pH在日常生产生活中的应用，感受了化学学科的价值。看一下课后任务，结合情景材料，请同学们计算一下理论上大概需要多少克熟石灰才能将一升pH = 5的酸化河水调至pH = 8 。
今天的课就到这里，同学们再见。