水的電離和溶液的pH

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1、 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

2、 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

3、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

4、 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

5、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(jīng)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=

6、- 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- 7mo

7、l/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/

8、 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

9、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 ~

10、 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(chǎn)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(chǎn)物往 往不同。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,農(nóng)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(nóng)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(jīng)常測定雨水的 pH。當雨水 的 pH 小于 5.

11、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(chǎn)物都有正常的 pH 范圍,測定人體體液和代謝產(chǎn)物的 pH,可以幫助了解人的健康狀況。 一些體液和代 謝產(chǎn)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

12、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

13、 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

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