pH值

本页只讲一条中四内容标准：pH值。它直接承接上一条标准，你在那里学到酸性来自氢离子 H⁺、碱性来自氢氧根离子 OH⁻。

pH值把这些氢离子的浓度化成一个简单的数字，让你一眼就能比较溶液，并回答考试所设的计算题。

pH值衡量什么

pH值是一个数值刻度，通常从 0 到 14，衡量一种水溶液的酸性或碱性程度。它反映溶液里氢离子的浓度 [H⁺]。

• pH 小于 7，酸性。 pH 越小，溶液越酸、[H⁺] 越高。
• pH 等于 7，中性。 纯水呈中性；[H⁺] 等于 [OH⁻]。
• pH 大于 7，碱性。 pH 越大，溶液越碱、[OH⁻] 越高。

pH值上变化一个单位，对应 [H⁺] 变化十倍，因为这个刻度是对数的。所以 pH 2 的溶液的氢离子浓度是 pH 3 溶液的十倍，是 pH 4 溶液的一百倍。

定义性的关系

把 pH 与氢离子浓度联系起来的公式是：

pH = −log₁₀[H⁺]

其中 [H⁺] 是以 mol dm⁻³ 计的氢离子浓度。可以移项，从 pH 求浓度：

[H⁺] = 10⁻ᵖᴴ mol dm⁻³

中四的计算只需要这两个形式。直接从十的幂次读出 [H⁺] 是最快的路：若 [H⁺] = 1 × 10⁻³ mol dm⁻³，pH 就是 3。

测量 pH：指示剂

在实验室里，pH 用万能指示剂（它把一系列颜色对照到 pH 图表上）来估计，或用 pH 计精确读出。像石蕊、甲基橙或酚酞这样的单一指示剂，只告诉你溶液是否呈酸性或碱性，而不是确切的 pH；万能指示剂和 pH 计才给出数值。

知道哪种工具给数值、哪种只给方向，是常见的简答得分点。

强弱与浓度

pH值揭示了学生常常混淆的一个区别。强弱指电离的程度；浓度指单位体积里溶解了多少酸。

• 强酸（如盐酸）完全电离，所以在给定浓度下它的 [H⁺] 最高，因而 pH 最低。
• 弱酸（如乙酸）在相同浓度下只部分电离，所以 [H⁺] 较低、pH 较高。
• 用水稀释任何酸都会降低 [H⁺]，所以 pH 升向 7（单靠稀释永远不会越过 7）。

把这一点弄清楚，就能避免一个经典的错误答案：以为浓的弱酸一定比稀的强酸 pH 更低。

例题

题目。 一份盐酸溶液的氢离子浓度为 [H⁺] = 1 × 10⁻² mol dm⁻³。

(a) 计算它的 pH。(b) 随后把溶液用水稀释到 [H⁺] = 1 × 10⁻⁴ mol dm⁻³。

说出新的 pH 并解释这一变化。

第一步，对 (a) 套用公式。 pH = −log₁₀[H⁺] = −log₁₀(1 × 10⁻²) = −(−2) = 2。

第二步，对稀释后的溶液再算一次。 pH = −log₁₀(1 × 10⁻⁴) = −(−4) = 4。

第三步，解释变化。 加水降低了氢离子浓度（从 10⁻² 到 10⁻⁴ mol dm⁻³），所以 pH 从 2 升到 4，更接近中性。

答案。 (a) pH 是 2。

(b) 稀释后 pH 是 4；pH 升高是因为稀释使 [H⁺] 减小到原来的百分之一，也就是两个 pH 单位。

练习题

题目。 一份氢氧化钠溶液的 pH 为 13。

另一份乙酸溶液的 pH 为 4。(a) 说出哪份呈酸性、哪份呈碱性。

(b) 计算乙酸溶液的 [H⁺]。(c) 若把乙酸换成相同浓度的盐酸，你预期它的 pH 更高、更低，还是相同？

请解释。

答案。 (a) 氢氧化钠溶液（pH 13）呈碱性；乙酸溶液（pH 4）呈酸性。(b) [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ = 10⁻⁴ = 1 × 10⁻⁴ mol dm⁻³。(c) 更低。 盐酸是强酸、完全电离，所以在相同浓度下它产生的 [H⁺] 比弱的乙酸高，pH 更低。

考试提示

做 pH 计算时，读十的幂次：若 [H⁺] = 1 × 10⁻ⁿ，则 pH = n；若给出 pH，则 [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ。浓度总要带上单位 mol dm⁻³。

当题目比较两份溶液时，先判断它考的是方向（酸性/碱性）还是大小（[H⁺] 与强弱）。而且绝不要说稀释酸会使它变碱性，稀释只把 pH 推向 7，永远不越过它。

把 pH 题读好

许多 pH 题描述一个日常情境，雨水、土壤、汽水、胃液，要你把它放到刻度上，或说出把它稀释或中和后会怎样。用两步来处理。

第一，把描述翻译成刻度上的位置：小于 7、等于 7 还是大于 7。第二，用对数的观念来推大小：pH 每变一个单位就是 [H⁺] 的十倍。

这一条事实能出乎意料地回答许多试卷一的题，例如把三份溶液按酸性排序，或算出 pH 移动两个单位时 [H⁺] 如何变化。

另一个常考点是强弱与浓度的比较。若两种酸浓度相同但 pH 不同，pH 较低的那种是较强的酸，因为它电离得更完全。

若比较同一种酸的两个浓度，较浓的那份 pH 较低。把强弱和浓度这两个变量在脑中分开，正是 pH 这条标准要看重的纪律。

本节定位

这是**酸、碱与盐**一章的内容标准 6.2。它直接承接酸与碱的性质，又引向浓度、摩尔浓度与中和，在那里同样的 [H⁺] 观念被定量使用。

用本章**复习笔记来加强，用例题**练习计算。在我们的在线一对一 SPM化学课上，以英文授课，每小时 RM50 起，我们的老师用并排的例子把强弱与浓度的区别讲具体，因为这是这条标准里最常见的误解。

快速回顾

• pH值 0–14：小于 7 酸性，7 中性，大于 7 碱性。
• pH = −log₁₀[H⁺] 与 [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ mol dm⁻³。
• 一个 pH 单位 = [H⁺] 变化十倍（对数刻度）。
• 强弱 = 电离程度；浓度 = 单位体积的量；稀释使 pH 升向 7。