实验：稀释与浓度对 pH 的影响

pH 值衡量溶液的酸碱程度，本实验显示 pH 如何取决于溶液中离子的浓度。它是试卷三偏爱的情境，因为它有明确的操纵变量，稀释的程度或浓度，以及明确的反应变量 pH。

本指南列出方法、应预期的定性观察，以及实验试卷所看重的科学过程技能。我们的老师用它把浓度与 pH 之间的联系化为理解，而非死记。

目的

探究用水稀释酸、以及改变酸的浓度，如何影响溶液的 pH。

仪器与材料

• 量筒与烧杯
• 玻璃搅拌棒
• 万用指示剂溶液与比色卡，或 pH 计
• 装有蒸馏水的洗瓶
• 滴管
• 稀酸，例如盐酸，起始浓度已知
• 作对照用：同浓度的弱酸，如乙酸

步骤

1. 量取固定体积的酸入烧杯，记录你所用的起始浓度。
2. 向其中滴入几滴万用指示剂、与比色卡比对，或用 pH 计，测这份未稀释酸的 pH。
3. 量取较小体积的酸、加蒸馏水补足到原来的总体积并搅拌混匀，配成一份稀释样品。
4. 用相同的方式测这份稀释样品的 pH，采用相同的溶液体积与相同的指示剂滴数。
5. 重复步骤 3 与步骤4：做出一系列越来越稀的样品，每一份都比上一份稀释得更多。
6. 为比较浓度与强度，用相同方法测一份浓度相同但强度不同的酸（例如乙酸对盐酸）。
7. 把每个 pH 读数记录在表中，紧挨其稀释程度或浓度。

预期观察

对强酸而言，未稀释的溶液把万用指示剂变红，显示 pH 低。随着酸一步步被稀释，颜色经橙色向黄色变化，显示 pH 向 7 升高，但不越过 7，因为水是中性的、只是稀释酸。

浓度越高的酸给出越低的 pH（颜色越红）。在相同浓度下，强酸显示的 pH 比弱酸低，因为强酸电离得更完全。

推断与结论

酸的 pH 取决于溶液中氢离子的浓度。用水稀释酸会降低氢离子浓度，所以 pH 向 7 升高。

提高酸的浓度会升高氢离子浓度，所以 pH 下降。比较浓度相同的酸可见：完全电离的强酸 pH 比只部分电离的弱酸低。

结论是：pH 是氢离子浓度的量度，既被稀释改变，也被酸的强度改变。

科学过程技能（试卷三风格）

陈述假设。 一个合适的假设是：酸用水稀释时，其 pH 升高，因为稀释降低了氢离子的浓度。

辨认变量。 操纵变量是酸的浓度（或稀释程度）；反应变量是溶液的 pH；固定变量是酸的种类、温度、所测溶液的体积与所用指示剂的量。

列表与作图。 把浓度（或稀释倍数）对 pH 列表，再以 pH 为纵轴、浓度为横轴作图，并描述图所显示的趋势。

作出推断。 由图推断 pH 随浓度下降而升高，并把它与下降的氢离子浓度联系起来。

安全须知

• 戴安全护目镜，因为酸有腐蚀性、会伤害眼睛。
• 稀释时把酸加入水中、而不是把水加入酸中，使放出的热量安全地分散。
• 小心处理浓酸、立即擦去洒漏，因为它会灼伤皮肤与衣物。
• 测试时保持相同的小体积，使溅液有限、比较保持公平。

常见错误

• 每次测试用不同的体积或指示剂用量。 这会使比色不公平；每次都保持相同的体积与指示剂滴数。
• 在不同光线下判断颜色。 每次都在相同光线下把万用指示剂颜色与比色卡比对，否则由颜色读出的 pH 会不一致。
• 稀释后忘记搅拌。 未混匀的溶液给出不均匀的 pH 读数；每一份稀释样品都要搅拌。
• 混淆浓度与强度。 稀的强酸可能与浓的弱酸有相近的 pH；解释结果时把这两个概念分开。
• 以为稀释会让 pH 越过 7。 稀释酸使 pH 向 7 靠近，但不会越过它。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用这个实验来钉住浓度与强度的区别，这是 pH 主题里最常见的混淆。因为关于氢离子浓度的同一套推理贯穿 SPM化学 整个酸、碱与盐一章，而稀释探究又是天然的试卷三实验（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里把它理解透彻，能支撑后面许多关于 pH 与中和的题目。