酸与碱 (Acids and Bases) — IB Chemistry SL SL 学习指南

适合谁：IB Chemistry SL 参加 IB Chemistry SL 的考生。

覆盖内容：布朗斯特-劳里酸碱定义、pH标度与水的离子积Kw、强弱酸碱区分、强酸强碱pH计算四大核心子主题

前置知识：IGCSE 化学、基础代数。

关于练习题：下文「练习题」一节的所有题目均为我们按 IB Chemistry SL 风格编写的原创题目 (original problems)，仅用于教学。它们不是 IBO 真题的复制，措辞、数值或语境可能不同。请把它们当作练手用；评分细则请对照 IBO 官方 mark scheme。

1. 什么是酸与碱？

酸与碱是化学中最核心的物质分类之一，在IB Chemistry SL考纲中属于Topic 8，占卷面总分的8%-10%，考察形式涵盖选择题、简答题和基础计算大题。不同于初中阶段的现象级定义（使石蕊变红/蓝、有酸味/涩味），IB阶段要求你从微观质子转移、离子浓度的定量角度理解酸碱的性质，是后续学习酸碱滴定、缓冲溶液等考点的基础。

2. 布朗斯特-劳里定义（Bronsted-Lowry definition）

布朗斯特-劳里酸碱理论是IB阶段考察的核心定义，首次出现需明确两个核心概念：

• 布朗斯特-劳里酸（Bronsted-Lowry acid）：质子（proton, ${\text{H}}^{+}$）给体，反应中会给出1个氢离子
• 布朗斯特-劳里碱（Bronsted-Lowry base）：质子受体，反应中会接受1个氢离子

酸给出质子后会变成对应的共轭碱（conjugate base），碱接受质子后会变成对应的共轭酸（conjugate acid），两者合称为共轭酸碱对，特征是化学式相差1个${\text{H}}^{+}$。 范例：盐酸溶于水的反应：$\text{HCl}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{Cl}}^{-}+{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ 其中$\text{HCl}$是质子给体（酸），给出${\text{H}}^{+}$后变成共轭碱${\text{Cl}}^{-}$；${\text{H}}_2\text{O}$是质子受体（碱），接受${\text{H}}^{+}$后变成共轭酸${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$（水合氢离子）。 考官提示：选择题中常考共轭酸碱对的判断，只要看两个物种是否刚好差1个${\text{H}}^{+}$即可，注意电荷也要匹配。

3. pH标度与水的离子积$K_w$（pH scale, $K_w$）

pH是衡量溶液酸碱度的量化指标，定义为： $$pH=-{\log }_{10}[{\text{H}}^{+}]$$ 其中$[{\text{H}}^{+}]$为溶液中水合氢离子的浓度，单位为${\text{mol dm}}^{-3}$。pH为0-14的标度仅适用于稀水溶液，pH越小、$[{\text{H}}^{+}]$越高，酸性越强。

水本身会发生微弱的自偶电离：${\text{H}}_2\text{O}\rightleftharpoons {\text{H}}^{+}+{\text{OH}}^{-}$，该反应的平衡常数称为水的离子积（ionic product of water）$K_w$： $$K_w=[{\text{H}}^{+}][{\text{OH}}^{-}]$$ 25℃（标准室温）下$K_w=1.00\times 10^{-14}{\text{ mol}}^2{\text{dm}}^{-6}$，因此中性溶液中$[{\text{H}}^{+}]=[{\text{OH}}^{-}]=1.00\times 10^{-7}{\text{ mol dm}}^{-3}$，对应pH=7。 同时我们也可以定义pOH：$pOH=-{\log }_{10}[{\text{OH}}^{-}]$，25℃下满足$pH+pOH=14$。 考点提示：$K_w$随温度升高而增大，因此只有25℃下中性溶液的pH是7，100℃时$K_w=1.00\times 10^{-12}$，中性溶液pH为6，不要默认所有情况pH=7都代表中性。

4. 强酸与弱酸、强碱与弱碱对比（Strong vs weak acids and bases）

酸碱的强弱仅由电离程度决定，和溶液浓度、pH没有直接关系，这是选择题的高频考点：

• 强酸（strong acid）：水溶液中完全电离，电离方程式用等号，常见的有$\text{HCl}$、${\text{HNO}}_3$、${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$（SL阶段默认两步都完全电离）
• 弱酸（weak acid）：水溶液中仅部分电离，电离方程式用可逆号，常见的有${\text{CH}}_3\text{COOH}$（乙酸）、${\text{H}}_2{\text{CO}}_3$（碳酸）
• 强碱（strong base）：水溶液中完全电离，电离方程式用等号，常见的有$\text{NaOH}$、$\text{KOH}$、${\text{Ba(OH)}}_2$
• 弱碱（weak base）：水溶液中仅部分电离，电离方程式用可逆号，常见的有${\text{NH}}_3$（氨气）、${\text{CH}}_3{\text{NH}}_2$（甲胺）

对比参考（25℃、相同浓度）：

5. 强酸与强碱的pH计算（pH calculations for strong acids/bases）

IB SL阶段仅要求掌握强酸、强碱的pH计算，核心逻辑是基于完全电离的前提，直接从酸碱浓度推导$[{\text{H}}^{+}]$或$[{\text{OH}}^{-}]$：

1）强酸pH计算

• 一元强酸：每个分子电离出1个${\text{H}}^{+}$，因此$[{\text{H}}^{+}]=c(\text{酸})$，直接代入pH公式即可 例：0.1 mol dm⁻³ HCl，$[{\text{H}}^{+}]=0.1$，$pH=-{\log }_{10}(0.1)=1$
• 二元强酸：SL阶段默认每个分子电离出2个${\text{H}}^{+}$，因此$[{\text{H}}^{+}]=2c(\text{酸})$ 例：0.05 mol dm⁻³ H₂SO₄，$[{\text{H}}^{+}]=0.1$，$pH=1$

2）强碱pH计算

先通过碱浓度计算$[{\text{OH}}^{-}]$，再通过$K_w$或pOH推导pH：

• 一元强碱：每个分子电离出1个${\text{OH}}^{-}$，$[{\text{OH}}^{-}]=c(\text{碱})$ 例：0.01 mol dm⁻³ NaOH，$[{\text{OH}}^{-}]=0.01$，$pOH=2$，25℃下$pH=14-2=12$
• 二元强碱：每个分子电离出2个${\text{OH}}^{-}$，$[{\text{OH}}^{-}]=2c(\text{碱})$ 例：0.005 mol dm⁻³ Ba(OH)₂，$[{\text{OH}}^{-}]=0.01$，$pOH=2$，$pH=12$

3）酸碱混合pH计算

先判断哪个反应物过量，计算过量的${\text{H}}^{+}$或${\text{OH}}^{-}$浓度，再求pH： 例：等体积混合0.2 mol dm⁻³ HCl和0.1 mol dm⁻³ NaOH，${\text{H}}^{+}$过量，过量$[{\text{H}}^{+}]=(0.2V-0.1V)/2V=0.05$，$pH=-\log (0.05)=1.3$

6. 常见陷阱（Common Pitfalls）

1. 错误做法：将酸碱的强弱和pH、浓度直接挂钩，认为pH=2的酸一定是强酸。 错误原因：混淆了电离程度和浓度的影响，浓的弱酸也可以达到很低的pH。 正确做法：强弱仅由电离程度判断，完全电离的为强电解质，部分电离的为弱电解质，和浓度、pH无关。
2. 错误做法：默认所有温度下中性溶液的pH都是7。 错误原因：忽略了水的电离是吸热反应，温度升高$K_w$会增大。 正确做法：只有25℃下中性溶液pH=7，其他温度下中性的判断标准是$[{\text{H}}^{+}]=[{\text{OH}}^{-}]$。
3. 错误做法：计算二元强酸/强碱pH时，忘记将浓度乘以2。 错误原因：忽略了每个二元强电解质会电离出2个${\text{H}}^{+}$或${\text{OH}}^{-}$。 正确做法：0.01 mol dm⁻³ H₂SO₄的$[{\text{H}}^{+}]=0.02$，pH约为1.7，而不是2。
4. 错误做法：酸碱混合计算pH时，直接将两种溶液的pH相加求平均。 错误原因：pH是对数刻度，不是线性刻度，不能直接算术平均。 正确做法：先将pH转化为$[{\text{H}}^{+}]$或$[{\text{OH}}^{-}]$，计算过量离子的浓度后再求pH。

7. 练习题（IB Chemistry SL 风格）

题1

下列物种属于Bronsted-Lowry碱的是？ A. $\text{HCl}$ B. ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ C. ${\text{NH}}_3$ D. ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ 解答：答案C。Bronsted-Lowry碱是质子受体，${\text{NH}}_3$可以接受1个${\text{H}}^{+}$变成${\text{NH}}_4^{+}$，符合碱的定义；A、B、D都只能给出${\text{H}}^{+}$，属于酸。

题2

25℃下，0.02 mol dm⁻³的${\text{Ba(OH)}}_2$溶液的pH是多少？ 解答：${\text{Ba(OH)}}_2$是二元强碱，完全电离，因此$[{\text{OH}}^{-}]=2\times 0.02=0.04{\text{ mol dm}}^{-3}$ $pOH=-{\log }_{10}(0.04)\approx 1.4$ 25℃下$pH=14-1.4=12.6$

题3

相同浓度的盐酸和乙酸各10 cm³，分别与足量镁条反应，比较两者的初始反应速率和最终产生氢气的体积，说明理由。 解答：初始反应速率：盐酸 > 乙酸。原因是盐酸是强酸，完全电离，相同浓度下$[{\text{H}}^{+}]$更高，反应速率与$[{\text{H}}^{+}]$成正比。 最终氢气体积：两者相等。原因是两者都是一元酸，物质的量相同，可提供的${\text{H}}^{+}$总物质的量相同，因此和足量镁反应产生的氢气量相同。

8. 速查表（Quick Reference Cheatsheet）

9. 接下来怎么学

本章节是IB Chemistry SL后续酸碱滴定、氧化还原反应、有机酸碱性质等考点的基础，考察占比稳定，属于易得分的核心模块。掌握好本章的定量计算逻辑和概念辨析，可以为后续物理化学、有机化学模块的学习减少很多障碍。 如果你在练习相关真题、完成计算时遇到任何疑问，都可以随时到小欧主页提问，我们会为你提供针对性的讲解和配套练习资源。