师：同学们，随着工业发展，工业污水排放对水源的污染不容忽视。大家了解工业污水的酸碱性吗？酸碱性污水又有哪些危害呢？

　　酸碱性污水会损害人体健康，降低河水自净能力，破坏生态链，致使河水中的微生物和动植物难以生存。即便酸碱性污水先排入污水处理厂，对污水处理厂的活性污泥危害也不容小觑，会直接影响二级处理水的水质。所以，在排入污水处理厂之前，酸碱性污水必须先进行处理。那么，该如何处理酸碱性废水呢？今天我们就来探讨这些问题。在这之前，先回顾一下之前学过的知识。什么样的溶液是酸性溶液呢？有氢离子的溶液就是酸性溶液吗？显然不是。比如碱性溶液、中性溶液中都有水，水也能电离出氢离子，但不一定是酸性。pH小于7的溶液一定是酸性溶液吗？这有个前提，同学们应该知道，这和温度有关，在常温下，pH小于7的才是酸性溶液。

　　那氢离子浓度大于氢氧根离子浓度的溶液一定是酸性溶液，也就是说，溶液酸碱性的本质原因是什么呢？取决于溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小。酸性溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，在常温条件下pH就小于7；反之则是碱性溶液。如果氢离子和氢氧根离子浓度相等，常温下pH等于7，就是中性溶液。

　　明白了溶液酸碱性的本质原因后，对于刚排放出来的工业污水，请同学们设计一个实验，粗略测定污水的酸碱性。既然是粗略测定，那就要快速判断污水的酸碱性。回忆一下所学知识，有哪些方法能实现这个目的呢？

　　生：可以用酸碱指示剂。

　　师：对，这是我们初三就接触过的方法。石蕊、酚酞是比较常见的指示剂，高中还学过甲基橙。我们可以根据它们颜色的改变来大致判断溶液的酸碱性。比如石蕊，酸红碱蓝；酚酞滴进去变红，溶液就是碱性的。再看甲基橙的变色范围，pH小于3.1是红色，3.1 - 4.4之间是橙色，大于4.4是黄色，通过这些颜色变化就能判断溶液酸碱性。

　　除了指示剂，还有别的方法吗？

　　生：可以用pH试纸测定溶液的酸碱性。

　　师：非常好。我们先来复习一下用pH试纸测定溶液酸碱性的规范操作。把一小片pH试纸放在表面皿或者玻璃片上，用洁净的玻璃棒蘸取溶液，点在pH试纸的中心，变色后与标准比色卡对比，即可读出溶液的pH。

　　读出pH后，就能判断溶液的酸碱性。假设测得工业废水的pH等于2，说明它是酸性的。在这个操作中，老师一再强调pH试纸不能湿润，若先用蒸馏水润湿，一定会对结果产生影响吗？

　　生：不一定，这取决于溶液的性质。

　　师：没错，如果溶液是酸性或者碱性的，加水润湿相当于稀释，会对结果有影响。但如果原来是中性溶液，稀释后还是中性，就不会有影响。

　　我们测出来废水pH等于2，能确定其中氢离子的精确浓度吗？

　　生：不能，因为pH试纸只能粗略测定溶液酸碱性。

　　师：那我们还知道哪些精确测定溶液pH的方法呢？

　　生：可以用精密pH试纸或者pH计。

　　师：很好。pH是氢离子浓度的负对数，它和溶液酸碱性的关系要注意强调常温这个条件。在常温下，pH等于7，氢离子和氢氧根离子浓度都等于10的 - 7次方摩每升，此时溶液呈中性；pH小于7，氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，溶液显酸性，且pH越小酸性越强；pH大于7，氢离子浓度小于氢氧根离子浓度，溶液呈碱性，且pH越大碱性越强。

　　我们知道刚排放的工业污水pH等于2，酸性较强。而且之前说过，进入污水处理厂之前要进行处理，否则会抑制污水处理厂活性污泥中的微生物，损害污水处理厂。能用化学视角解决这些问题吗？我们来看污水综合排放标准，一切排污单位污染物的pH，无论哪一级标准，都要求在6 - 9之间才允许排放。可见，此化工厂的污水不能直接排放，要达到排放标准，至少应调节pH为多少？也就是要调节氢离子浓度为多少？

　　生：至少调节到6，氢离子浓度应达到10的 - 6次方摩尔每升。

　　师：作为污水处理厂的一员，准备采取什么措施让酸性污水达到排放标准呢？即如何实现pH从2变成6？也就是氢离子浓度怎么从10的 - 2次方摩尔每升变成10的 - 6次方摩尔每升呢？大家思考一下。

　　生：可以加水稀释。

　　师：对，我们来算一算。假如有一升pH等于2的污水，直接用水稀释达到排放标准，至少需要加入多少升水呢？忽略体积相加产生的误差，从10的 - 2次方变成10的 - 6次方，浓度变为原来的1/10000，体积就应该是原来的1万倍。原来1升，现在就应该是1万升，所以要加水9999升，大约是10的4次方升。那万一水加多了，稀释到10的6次方倍，pH会增加6个单位从2到8吗？

　　生：不会，只能无限接近于7。

　　师：非常正确，因为酸性溶液再怎么稀释仍然是酸性溶液，所以只能无限接近于7，如果超过7就变成碱性溶液，性质就发生变化了。

　　一升污水要加1万升水来稀释，如果是一吨污水，就要加1万吨水才能让pH从2变成6，这个成本太高了。所以治理酸性污水，我们秉持以废治废的原则，用碱性污水或者碱性废渣来中和酸性污水。如果不具备这个条件，就用一些中和剂来中和，比如生石灰、碳酸钙、碳酸钠等等。假如加入生石灰进行中和处理，忽略它与水反应产生的误差，至少需要加入多少生石灰才能使溶液符合排放标准呢？作为污水处理厂的一员，事先肯定要计算一下，加少了达不到排放标准，加多了就浪费了。

　　我们选用两种常用的中和剂，生石灰和碳酸钠，它们都是25公斤一袋，生石灰价格48元，碳酸钠优惠后90元。从pH 2调到pH 6各需要多少克中和剂呢？两者性价比哪个高呢？大家动笔算一算。

　　生：（计算后回答）pH从2到6，氢离子浓度改变量约等于10的 - 2次方摩尔每升，设污水为1升，氧化钙与氢离子反应是1 : 2，氧化钙物质的量是氢离子物质的量的一半，为5乘以10的 - 3次方摩尔，质量是0.28克；碳酸钠计算方法类似，质量需要5.3克。

　　师：通过计算可以看出，达到相同标准，氧化钙用量明显少于碳酸钠，而且前面看到氧化钙单价更低，所以从性价比角度，氧化钙更合适。确实，作为中和剂，氧化钙用途更广泛。

　　通过前面复习，我们知道把一升污水从pH 2调到pH 6，可以加入大约10的4次方升水稀释，也可以加入0.28克氧化钙或者5.3克碳酸钠消耗氢离子达到要求。下面我们来总结一下pH计算的模型。

　　首先初步判断溶液酸碱性，可以用酸碱指示剂或者pH试纸，判断出是酸性溶液或者碱性溶液。对于酸性溶液，可以通过加水稀释、酸和酸混合、酸和碱混合（发生中和反应）等变化；碱性溶液同样可以加酸混合、碱与碱混合、加水稀释。经过这一系列变化后，如果最终溶液是酸性，就先求最终溶液中氢离子的物质的量，再求氢离子浓度；如果是碱性溶液，要先求溶液中的氢氧根离子浓度，再根据水的离子积常数求出氢离子浓度，最后根据pH公式求出pH，这就是pH简单计算的思维模型。

　　接下来拓展延伸一下，看这样一道题，题目中提到一个pOH，它是氢氧根离子浓度的负对数，和pH表达式相似。用0.1摩每升的氨水逐滴加入等浓度的盐酸，pOH和pH的关系如图所示，横坐标是pOH，纵坐标是pH。有四个选项，判断哪个说法不正确。在判断之前，要先清楚横坐标和纵坐标的意义，pOH是氢氧根离子浓度负对数，纵坐标是氢离子浓度的负对数，而且越往外氢氧根离子或者氢离子浓度越小。

　　图上有M、Q、N三个点，先看Q点，大家看，它横坐标和纵坐标都是a，也就是说pH等于pOH，那么氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，这是个什么性质的溶液呢？

　　生：中性溶液。

　　师：对，Q点就是中性溶液。题目让判断离子浓度大小的等量关系，我们从电荷守恒角度分析，氢离子等于氢氧根，那么铵根离子就应该等于氯离子，所以B选项不正确。再看A选项，M点和N点水的电离程度相同，我们要考虑M点和N点对水的电离起什么作用，是抑制还是促进。M点偏上，pH越大，说明氢离子浓度越小，M点溶液呈碱性，氢氧根离子浓度大；N点偏下，pOH越大，酸性越强，N点溶液呈酸性。它们对应的坐标一样，说明M点氢氧根离子的浓度等于N点氢离子的浓度，而且它们都对水的电离起抑制作用，浓度相同抑制作用相同，所以水的电离程度相同，A选项正确。

　　再看C选项，M点的导电性小于Q点溶液的导电性。导电性与溶液中离子浓度大小成正比，离子浓度越大导电性越强。从M点到Q点是酸性逐渐增强、逐渐加盐酸的过程，也就是一水合氨逐渐变成氯化铵的过程，一水合氨是弱电解质，氯化铵是强电解质，所以离子浓度逐渐增大，导电性从M到Q逐渐增强，C选项也正确。

　　重点看D选项，N点加水稀释，问某个表达式的比值怎么变化。加水稀释，铵根离子和一水合氨分子浓度都变小，分子分母都变小，这个比值到底怎么改变呢？我们要抓住一个不变量，是什么不变量呢？