水的電離和溶液的pH

水的電離和溶液的 pH 研究電解質溶液時往往涉及溶液的酸堿性。電解質溶液 的酸堿性跟水的電離有著密切的關系。為了從本質上認識溶 液的酸堿性，就要了解水的電離情況。 一、水的電離 精確的實驗證明， 水是一種極弱的電解質， 它能微弱地電離， 生成 H3O+和 OH－： H2O+H2OH3O++OH－ 通常，上式也可簡寫為： H2OH++OH－ 從純水的導電實驗測得，在 25℃時， 1L 純水中只有 110 － 7molH2O電離，因此純水中 H+濃度和 OH－濃度各等于 110－ 7mol／ L。在一定溫度時，水跟其他弱電解質一樣， 也有一個電離常數(shù)： c（ H+） c（ OH－） =Kc（ H2O） 1LH2O的物質的量為 55.6mol ，這與發(fā)生電離的 H2O的物質 的量 110－ 7mol 相比，水的已電離部分可以忽略不計。所 以電離前后， H2O的物質的量幾乎不變， 可以看做是個常數(shù)。 常數(shù)乘常數(shù)必然為一個新的常數(shù)， 通常我們把它寫作 Kw，因 而上式也可寫為： c（ H+） c（ OH－） =Kw Kw叫做水的離子積常數(shù)， 簡稱水的離子積。 水的離子積是一 第 1 頁 個很重要的常數(shù)，它反映了一定溫度下的水中 H+濃度和 OH －濃度之間的關系。在 25℃時，水中 H+濃度和 OH－濃度都 是 110－ 7mol／ L，所以 Kw=c（ H+） c（ OH－） =110－7110－7=110－ 14 因為水的電離過程是一個吸熱過程，所以當溫度升高時，有 利于水的電離， 即水的離子積增大。 例如，25℃時，Kw為 110 － 14，100℃時， Kw約為 110－ 12，兩者相差約 100 倍。二、溶液的酸堿性和 pH 在常溫時，由于水的電離平衡的存在，不僅是純水，就是在 酸性或堿性的稀溶液里， H+濃度和 OH－濃度的乘積總是一個 常數(shù)—— 1 10－ 14。在中性溶液里， H+濃度和 OH－濃度相等， 都是 110 － 7mol／L；在酸性溶液里不是沒有 OH－，而是其中的 H+濃 度比 OH－濃度大；在堿性溶液里也不是沒有 H+，而是其中的 OH－濃度比 H+濃度大。 常溫時，溶液的酸堿性與 c（ H+）和 c（ OH－）的關系可以表示如下： 中性溶液 c（H+） =c（OH－） =110－ 7mol／ L 酸性溶液 c（H+）＞ c（ OH－），c（ H+）＞ 110－ 7mol／ L 堿性溶液 c（H+）＜ c（ OH－），c（ H+）＜ 110－ 7mol／ L c（ H+）越大，溶液的酸性越強； c（ H+）越小，溶液的酸性 第 2 頁 越弱。 我們經常要用到一些 c（ H+）很小的溶液，如 c（ H+）=10－ 7mol／ L， c（ H+）=1.34 10－ 3mol／ L，等等。用這樣的量 來表示溶液的酸堿性的強弱很不方便。為此，化學上常采用 pH 來表示溶液酸堿性的強弱： pH=－ lg ｛ c（ H+）｝ 例如，純水的 c（ H+）=110－ 7mol／ L，純水的 pH 為： pH=－ lg ｛ c（ H+）｝ =－ lg10 － 7=7 10－ 2mol／ LHCl 溶液中， c（ H+） =10－2mol／ L，其 pH 為： pH=－ lg ｛ c（ H+）｝＝－ lg10 － 2=2 10－ 2mol／ LNaOH溶液中， c（ OH－）=10－ 2mol／L 其 pH 為： pH=－ lg ｛ c（ H+）｝＝－ lg10 － 12=12 在中性溶液中， c（ H+） =10－ 7mol／L， pH=7；在酸性溶液中， c（ H+）＞ 10－ 7mol／ L， pH＜7；在堿性溶液中， c（ H+）＜ 10－ 7mol／ L， pH＞7。 溶液的酸性越強， 其 pH 越??；溶液的堿性越強， 其 pH 越大。 c（ H+）、pH 與溶液酸堿性的關系如圖 4－ 8 所示。 當溶液的 c（H+）或 c（ OH－）大于 1mol／ L 時，用 pH 表示 溶液的酸堿性并不簡便。例如，一些溶液的 c（ H+）與 pH 的 關系如表 4－1 所示。 表 4－ 1 一些溶液的 c（ H+）與 pH c（ H+）1mol／ L2mol／ L4mol／ L6mol／ L 第 3 頁 pH0－ 0.3 － 0.6 －0.78 所以，當溶液的 c（H+）大于 1mol／ L 時，一般不用 pH 來表示溶液的酸堿性，而是直接用 H+濃度來表示。資料 一些食物的近似 pH 食物 pH 食物 pH 食物 pH 醋 2.4 ～ 3.4 啤酒 4.0 ～ 5.0 卷心菜 5.2 ～5.4 李、梅 2.8 ～3.0 番茄 4.0 ～ 4.4 白薯 5.3 ～ 5.6 蘋果 2.9 ～ 3.3 香蕉 4.5 ～ 4.7 面粉、小麥 5.5 ～ 6.5 草莓 3.0 ～ 3.5 辣椒 4.6 ～ 5.2 馬鈴薯 5.6 ～ 6.0 柑橘 3.0 ～ 4.0 南瓜 4.8 ～ 5.2 豌豆 5.8 ～6.4 桃 3.4 ～ 3.6 甜菜 4.9 ～ 5.5 谷物 6.0 ～ 6.5 杏 3.6 ～ 4.0 胡蘿卜 4.9 ～ 5.3 牡蠣 6.1 ～6.6 梨 3.6 ～ 4.0 蠶豆 5.0 ～ 6.0 牛奶 6.3 ～ 6.6 葡萄 3.5 ～ 4.5 菠菜 5.1 ～ 5.7 飲用水 6.5 ～ 8.0 果醬 3.5 ～ 4.0 蘿卜 5.2 ～ 5.6 蝦 6.8 ～ 7.0 資料 測定溶液 pH 的實際意義 測定溶液的 pH 有重要的實際意義。例如，在化工生產中，許多反應必須在一定 pH 的溶液中才能進行。對一些氧化還原反應，在酸性介質中進行或在堿性介質中進行，其產物往 往不同。在農業(yè)生產中，農作物一般適宜在 pH 等于 7 或接 第 4 頁 近 7 的土壤里生長。在 pH 小于 4 的酸性土壤或 pH 大于 8 的 堿性土壤里，農作物一般都難于生長，因此，需要定期測量 土壤的酸堿性。 有關部門也需要經常測定雨水的 pH。當雨水 的 pH 小于 5.6 時，就成為酸雨，它將對生態(tài)環(huán)境造成危害。人體體液和代謝產物都有正常的 pH 范圍，測定人體體液和代謝產物的 pH，可以幫助了解人的健康狀況。 一些體液和代 謝產物的正常 pH 如圖 4－ 9 所示。 習題 一、填空題 1．純水是一種極弱的電解質，它能微弱地電離出 ______和 ______。在 25℃時，水電離出的 H+和 OH－濃度為 ______， 其離子濃度的乘積為 ______，該乘積叫做 ______，在 25℃時， 其數(shù)值為 ______。 2．下列溶液中： ①0.1mol ／ LHCl 溶液；② 0.1mol ／ LH2SO4溶液； ③0.1mol ／ LNaOH溶液；④ 0.1mol ／ LCH3COOH溶液， c（ H+）由小到大的排列順序為 ______。 二、選擇題 1．體積相同、 pH 相同的 HCl 溶液和 CH3COOH溶液，與 NaOH 溶液中和時兩者消耗 NaOH的物質的量 [] A．相同 B． HCl 多 C． CH3COOH多 D．無法比較 第 5 頁 2．在 48mL0.1mol ／ LHNO3溶液中加入 12mL0.4mol／ LKOH溶 液時，所得到的溶液呈 [] A．弱酸性 B．強酸性 C．堿性 D．中性 3．甲溶液的 pH 為 4，乙溶液的 pH 為 2，甲溶液與乙溶液的 c（ H+）之比為 [] 三、回答下列問題 1．酸性溶液里有沒有 OH－？堿性溶液里有沒有 H+？為什 么？ 2．A、B、C 三種溶液，其中， A 的 pH 為 5，B 中 c（ H+）=10 － 3mol／L，C 中 c（ OH－） =10－ 2mol／ L，哪種溶液的酸性最強？ 第 6 頁