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        淺談水的電離與溶液的酸堿性

        2016-03-03 15:01:36鄧書祥
        新課程(中學(xué)) 2016年1期

        鄧書祥

        (云南省富寧縣第一中學(xué))

        淺談水的電離與溶液的酸堿性

        鄧書祥

        (云南省富寧縣第一中學(xué))

        水是一種由氫和氧兩種元素構(gòu)成的無機(jī)化合物,在常溫下以液態(tài)的形式存在,純水可以導(dǎo)電,但是在通常情況下導(dǎo)電性接近于0,是一種極弱的電解質(zhì)。在任何稀溶液中都存在水的電離平衡,從而影響溶液的酸堿性,故研究水的電離平衡與溶液的酸堿性就顯得很有必要。

        電解質(zhì)溶液;水的電離;溶液的酸堿性

        高考中常涉及水的電離與溶液的酸堿性,且該知識(shí)點(diǎn)的出題思路比較靈活,常與元素及其化合物有關(guān)知識(shí)進(jìn)行出題考查,難易程度彈性很大。筆者根據(jù)自己在教學(xué)過程中了解的一些知識(shí),為了幫助學(xué)生更好地了解和把握對(duì)電解質(zhì)溶液中水的電離與溶液的酸堿性等知識(shí)點(diǎn),現(xiàn)對(duì)這部分問題的理論以及部分例題進(jìn)行闡述,為方便學(xué)生進(jìn)行解題提供科學(xué)依據(jù)。

        一、純水的電離

        水的電離屬于吸熱反應(yīng),升高溫度平衡向正向移動(dòng),c(H+)和c(OH-)濃度同時(shí)增大,但是c(H+)和c(OH-)相等,溶液的性質(zhì)不會(huì)發(fā)生改變。常溫下純水電離出的c(H+)等于c(OH-),其含量均為1×10-7mol/L,即水的離子積常數(shù)在常溫下為1×10-14,氫離子指數(shù)為7,電離度α為1.8×10-9。電離度具有較高的穩(wěn)定性,只有在溫度變化下才會(huì)出現(xiàn)變化,因此,當(dāng)電解質(zhì)溶液的溫度發(fā)生變化時(shí),水的離子積常數(shù)值和氫離子指數(shù)也會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致溶液的酸堿性發(fā)生變化。舉個(gè)例子分析,在當(dāng)純水加溫至100℃時(shí),水的離子積常數(shù)值為10-12,那么此時(shí)的pH、c(H+)、c(OH-)以及電離度α的數(shù)值為多少?由于水的溫度升高,水的電離度也會(huì)呈相同的變化,但c(H+)仍然等于c(OH-),因此,溶液仍為中性,c(H+)=c(OH-)= 1×10-6mol/L,pH為6,電離度α為1.8×10-8。

        二、酸溶液中水的電離

        由于酸溶液中的氫離子增多,導(dǎo)致水的電離平衡被破壞,水的電離方程式為:H2O+H2OH3O++OH-,而酸溶液會(huì)使得水的電離平衡向左移動(dòng),導(dǎo)致電離度降低。因此,在酸性溶液中,氫離子主要來自酸溶液,而少量的氫氧根離子來自于水。舉例分析,常溫下pH為4的HNO3溶液中,c(OH-)以及水電離中的c(H+)和c(OH-)數(shù)值為多少?從溶液分析,硝酸為酸性較強(qiáng)的物質(zhì),且pH值為4,說明c(H+)的值為10-4mol/L,并根據(jù)水的離子積常數(shù)在常溫下為1×10-14可得c(OH-)為1×10-10mol/L,而由于水電離的c(H+)值為10-10mol/L<1×10-4mol/L,硝酸中水的電離較小,因此可以忽略不計(jì),而常溫下純水為c(H+)值為1×10-7mol/L>10-10mol/ L,因此,可以推斷出酸溶液可使水的電離度降低,相當(dāng)于往純水中加入強(qiáng)酸后抑制了水的電離。

        三、堿溶液中水的電離

        堿性溶液使得氫氧根離子增多,導(dǎo)致了水的電離被抑制,也使得水的電離平衡向左移動(dòng),導(dǎo)致水電離度減小。因此,在堿性溶液中,氫氧根離子主要來自堿性溶液,而少量的氫氧離子來自水。例如,常溫下在pH為10的KOH溶液中,c(OH-)值以及水電離出的c(H+)和c(OH-)數(shù)值為多少?首先根據(jù)溶液的pH分析可得出,常溫下KOH溶液中,c(H+)值為10-10mol/L,其c(OH+)值為10-4mol/L,并根據(jù)H2OOH-+H+,可得水電離出c(H)+和c(OH)-都為10-10mol/L,與常溫下1×10-7mol/L的c(OH-)相比較小,水的電離度降低,水電離中的c(OH-)被忽略,相當(dāng)于往純水中加入強(qiáng)堿后抑制了水的電離。

        四、鹽溶液中水的電離

        鹽溶液中無過多的酸或堿,其氫離子和氫氧根離子均來自于水,但是由于鹽電離出的弱酸陰離子或弱堿陽離子與H2O發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致水的電離平衡發(fā)生移動(dòng),待水的電離平衡重新構(gòu)成時(shí),溶液中的c(H+)和c(OH-)數(shù)值不相等,溶液便呈現(xiàn)不同的酸堿性。根據(jù)鹽的類型可以分為三種情況:強(qiáng)酸弱堿鹽溶液中水的電離、強(qiáng)堿弱酸鹽溶液中水的電離以及強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液中水的電離。在第一種情況下,水電離出的弱堿陽離子與OH-發(fā)生反應(yīng)形成弱堿,使得溶液中的氫離子相對(duì)過剩,導(dǎo)致c(OH-)小于c(H+),即溶液pH<7。在第二種情況下,水電離產(chǎn)生的弱酸陰離子與氫離子反應(yīng)生成酸,使得溶液中的氫氧根離子相對(duì)過剩,導(dǎo)致c(OH-)大于c(H+),即溶液pH>7。在第三種情況下,鹽電離出的離子不會(huì)與H2O發(fā)生反應(yīng),因此與常溫下純水相同,c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L,溶液pH=7呈中性。

        雖然水的離子積常數(shù)在常溫下是一個(gè)固定值,但是溶液中若是存在氫離子或氫氧根離子則可能對(duì)水的電離平衡造成影響,在實(shí)際做題訓(xùn)練時(shí)一定要弄清楚是哪種情況導(dǎo)致水的電離平衡發(fā)生移動(dòng),再具體情況具體分析,找到解決問題的方法,加快做題的速度和提高解題的能力。以上是筆者歸納的一點(diǎn)有規(guī)律的知識(shí)點(diǎn),希望有助于對(duì)這一部分內(nèi)容一些迷惑的同學(xué)解決困難,提高學(xué)習(xí)成績。

        [1]王開山.例析與水的電離和溶液酸堿性有關(guān)試題的解答及突破策略[J].中學(xué)生數(shù)理化:高二版,2012,21(11):38-39.

        [2]周金玲.小議“水的電離和溶液的酸堿性”[J].軟件:教育現(xiàn)代化(電子版),2014,32(2):152-153.

        [3]馬亞樓.“弱電解質(zhì)的電離和溶液的酸堿性”同步測試題[J].中學(xué)生數(shù)理化:高二高三版,2014,16(9):45-46.

        ·編輯 謝尾合

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