化学计量学基础指南
学习化学计量学基础：摩尔比、质量-质量转换、限量试剂、理论产率和百分产率计算。
什么是pH？
pH是测量水溶液酸碱性的对数标度。定义为pH = -log₁₀[H⁺]，其中[H⁺]是溶液中氢离子的摩尔浓度。pH标度通常范围为0到14。pH 7为中性（25°C纯水），低于7为酸性，高于7为碱性（碱性）。pH每变化一个整数代表氢离子浓度十倍的变化：pH 3的溶液比pH 4酸十倍，比pH 5酸一百倍。
什么是pOH？
pOH是氢氧根离子(OH⁻)浓度的类似度量：pOH = -log₁₀[OH⁻]。在25°C的任何水溶液中，氢离子和氢氧根离子浓度的乘积是常数：[H⁺] × [OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴（水的离子积Kw）。取两边的负对数得到基本关系pH + pOH = 14。这意味着如果您知道pH或pOH中的任何一个，可以立即求出另一个。强酸性溶液有低pH和高pOH，强碱性溶液有高pH和低pOH。中性时pH = pOH = 7。
从离子浓度计算pH
要找到溶液的pH，需要知道氢离子浓度[H⁺]。对于0.001 M HCl溶液（完全解离的强酸），[H⁺] = 0.001 = 10⁻³，所以pH = -log₁₀(10⁻³) = 3。对于0.01 M NaOH溶液（强碱），[OH⁻] = 0.01，pOH = -log₁₀(0.01) = 2，pH = 14 - 2 = 12。对于仅部分解离的弱酸和弱碱，需要使用平衡常数（酸的Ka，碱的Kb）来找到平衡时的实际[H⁺]或[OH⁻]。
强酸碱vs弱酸碱
强酸（HCl、HNO₃、H₂SO₄等）在水中完全解离，所以[H⁺]等于酸的浓度。强碱（NaOH、KOH等）也完全解离。弱酸（醋酸、柠檬酸、碳酸）和弱碱（氨、甲胺）只部分解离，在未解离形式和离子之间建立平衡。酸解离常数Ka量化解离程度。对于浓度为C、解离常数为Ka的弱酸HA，平衡时[H⁺]约等于sqrt(Ka × C)，当解离百分比较小时（小于约5%）。
pH标度的应用
日常物质跨越整个pH标度。电池酸液pH约0-1。胃酸约pH 1.5-3.5。柠檬汁约pH 2，醋约pH 2.5，咖啡约pH 5。纯水pH 7。人体血液严格调节在pH 7.35-7.45。小苏打溶液约pH 8.5，牛奶镁约pH 10.5，家用氨水约pH 11.5，排水管清洁剂约pH 13-14。
缓冲液：抵抗pH变化
缓冲液是当少量酸或碱加入时抵抗pH变化的溶液。缓冲液由弱酸及其共轭碱（或弱碱及其共轭酸）组成。Henderson-Hasselbalch方程描述缓冲液pH：pH = pKa + log₁₀([A⁻]/[HA])，其中pKa = -log₁₀(Ka)。当pH在pKa的一个单位范围内且弱酸和共轭碱的浓度都很大时，缓冲液最有效。生物系统严重依赖缓冲液；例如，碳酸-碳酸氢盐缓冲系统维持血液pH接近7.4。
pH的测量
pH可以使用几种方法测量。pH指示纸（石蕊试纸或通用指示剂试纸条）根据pH改变颜色并提供粗略估计。液体pH指示剂（如酚酞或溴麝香草酚蓝）在特定pH范围内改变颜色，用于滴定检测当量点。对于精确的定量测量，带玻璃电极的数字pH计是标准工具。pH计应使用已知pH的缓冲溶液定期校准。温度影响pH读数，因此精确测量应记录温度。