对数函数应用：溶液的 pH

实验目的

用对数模型理解 pH，会在氢离子浓度与 pH 之间相互换算。

实验原理

pH 的定义为 pH = -lg c(H+)，其中 c(H+) 是氢离子浓度，单位 mol/L。c(H+) = 10^(-pH)，pH 每减小 1，c(H+) 增大为原来的 10 倍。25 ℃ 时，纯水的 c(H+) = 1×10^(-7) mol/L，pH = 7；pH<7 为酸性，pH>7 为碱性。

实验器材

• 氢离子浓度 c(H+) 的调节控件
• pH 数值显示
• pH = -lg c(H+) 的函数图像
• 酸碱性范围标尺
• 纯水 pH = 7 的参考点

实验步骤

1. 了解公式 pH = -lg c(H+) 中各量的含义。
2. 调节 c(H+)，读出对应的 pH。
3. 让 c(H+) 增大为原来的 10 倍，观察 pH 的变化。
4. 找到 pH = 7 的位置，对应 c(H+) = 1×10^(-7) mol/L。
5. 观察 pH 与酸碱性标尺的对应关系，判断溶液酸碱性。

实验现象与结论

c(H+) 增大，pH 减小，酸性增强；c(H+) 减小，pH 增大。c(H+) 变为 10 倍，pH 恰好减小 1。25 ℃ 时 pH = 7 对应中性。结论：pH 是 c(H+) 的负常用对数，图像为递减的对数曲线。

注意事项

• 本演示的公式与 pH = 7 为中性的判断均针对 25 ℃ 的稀溶液。

常见问题

c(H+) = 1×10^(-3) mol/L 的溶液 pH 是多少？

pH = -lg 10^(-3) = 3，溶液呈酸性。

pH 从 3 变为 5，氢离子浓度如何变化？

pH 增大 2，c(H+) 变为原来的 1/100。