水的电离和溶液的pH
发布时间：2014-12-03 编辑：化学学法小组 来源：网络&投稿
研究电解质溶液时往往涉及溶液的酸碱性。电解质溶液的酸碱性跟水的电离有着密切的关系。为了从本质上认识溶液的酸碱性，就要了解水的电离情况。
一、水的电离
精确的实验证明，水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离，生成H3O+和OH－：
H2O+H2OH3O++OH－
通常，上式也可简写为：
H2OH++OH－
从纯水的导电实验测得，在25℃时，1L纯水中只有1×10－7molH2O电离，因此纯水中H+浓度和OH－浓度各等于1×10－7mol／L。在一定温度时，水跟其他弱电解质一样，也有一个电离常数：
c（H+）·c（OH－）=K·c（H2O）
1LH2O的物质的量为55.6mol，这与发生电离的H2O的物质的量1×10－7mol相比，水的已电离部分可以忽略不计。所以电离前后，H2O的物质的量几乎不变，可以看做是个常数。常数乘常数必然为一个新的常数，通常我们把它写作Kw，因而上式也可写为：
c（H+）·c（OH－）=Kw
Kw叫做水的离子积常数，简称水的离子积。水的离子积是一个很重要的常数，它反映了一定温度下的水中H+浓度和OH－浓度之间的关系。在25℃时，水中H+浓度和OH－浓度都是1×10－7mol／L，所以
Kw=c（H+）·c（OH－）
=1×10－7×1×10－7=1×10－14
因为水的电离过程是一个吸热过程，所以当温度升高时，有利于水的电离，即水的离子积增大。例如，25℃时，Kw为1×10－14，100℃时，Kw约为1×10－12，两者相差约100倍。
二、溶液的酸碱性和pH
在常温时，由于水的电离平衡的存在，不仅是纯水，就是在酸性或碱性的稀溶液里，H+浓度和OH－浓度的乘积总是一个常数——1×
10－14。在中性溶液里，H+浓度和OH－浓度相等，都是1×10－7mol／L；在酸性溶液里不是没有OH－，而是其中的H+浓度比OH－浓度大；在碱性溶液里也不是没有H+，而是其中的OH－浓度比H+浓度大。
常温时，溶液的酸碱性与c（H+）和c（OH－）的关系可以表示如下：
中性溶液c（H+）=c（OH－）=1×10－7mol／L
酸性溶液c（H+）＞c（OH－），c（H+）＞1×10－7mol／L
碱性溶液c（H+）＜c（OH－），c（H+）＜1×10－7mol／L
c（H+）越大，溶液的酸性越强；c（H+）越小，溶液的酸性越弱。
我们经常要用到一些c（H+）很小的溶液，如c（H+）=10－7mol／L，c（H+）=1.34×10－3mol／L，等等。用这样的量来表示溶液的酸碱性的强弱很不方便。为此，化学上常采用pH来表示溶液酸碱性的强弱：
pH=－lg｛c（H+）｝
例如，纯水的c（H+）=1×10－7mol／L，纯水的pH为：
pH=－lg｛c（H+）｝=－lg10－7=7
10－2mol／LHCl溶液中，c（H+）=10－2mol／L，其pH为：
pH=－lg｛c（H+）｝＝－lg10－2=2
10－2mol／LNaOH溶液中，c（OH－）=10－2mol／L其pH为：
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；
在碱性溶液中，c（H+）＜10－7mol／L，pH＞7。
溶液的酸性越强，其pH越小；溶液的碱性越强，其pH越大。c（H+）、pH与溶液酸碱性的关系如图4－8所示。
当溶液的c（H+）或c（OH－）大于1mol／L时，用pH表示溶液的酸碱性并不简便。例如，一些溶液的c（H+）与pH的关系如表4－1所示。
表4－1一些溶液的c（H+）与pH
c（H+）1mol／L2mol／L4mol／L6mol／L
pH0－0.3－0.6－0.78
所以，当溶液的c（H+）大于1mol／L时，一般不用pH来表示溶液的酸碱性，而是直接用H+浓度来表示。
资料
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
苹果2.9～3.3香蕉4.5～4.7面粉、小麦5.5～6.5
草莓3.0～3.5辣椒4.6～5.2马铃薯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胡萝卜4.9～5.3牡蛎6.1～6.6
梨3.6～4.0蚕豆5.0～6.0牛奶6.3～6.6
葡萄3.5～4.5菠菜5.1～5.7饮用水6.5～8.0
果酱3.5～4.0萝卜5.2～5.6虾6.8～7.0
资料
测定溶液pH的实际意义
测定溶液的pH有重要的实际意义。例如，在化工生产中，许多反应必须在一定pH的溶液中才能进行。对一些氧化还原反应，在酸性介质中进行或在碱性介质中进行，其产物往往不同。在农业生产中，农作物一般适宜在pH等于7或接近7的土壤里生长。在pH小于4的酸性土壤或pH大于8的碱性土壤里，农作物一般都难于生长，因此，需要定期测量土壤的酸碱性。有关部门也需要经常测定雨水的pH。当雨水的pH小于5.6时，就成为酸雨，它将对生态环境造成危害。人体体液和代谢产物都有正常的pH范围，测定人体体液和代谢产物的pH，可以帮助了解人的健康状况。一些体液和代谢产物的正常pH如图4－9所示。
习题
一、填空题
1．纯水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离出______和______。在25℃时，水电离出的H+和OH－浓度为______，其离子浓度的乘积为______，该乘积叫做______，在25℃时，其数值为______。
2．下列溶液中：
①0.1mol／LHCl溶液；②0.1mol／LH2SO4溶液；
③0.1mol／LNaOH溶液；④0.1mol／LCH3COOH溶液，
c（H+）由小到大的排列顺序为______。
二、选择题
1．体积相同、pH相同的HCl溶液和CH3COOH溶液，与NaOH溶液中和时两者消耗NaOH的物质的量[]
A．相同B．HCl多
C．CH3COOH多D．无法比较
2．在48mL0.1mol／LHNO3溶液中加入12mL0.4mol／LKOH溶液时，所得到的溶液呈[]
A．弱酸性B．强酸性
C．碱性D．中性
3．甲溶液的pH为4，乙溶液的pH为2，甲溶液与乙溶液的c（H+）之比为[]
三、回答下列问题
1．酸性溶液里有没有OH－？碱性溶液里有没有H+？为什么？
2．A、B、C三种溶液，其中，A的pH为5，B中c（H+）=10－3mol／L，C中c（OH－）=10－2mol／L，哪种溶液的酸性最强？
一、水的电离
精确的实验证明，水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离，生成H3O+和OH－：
H2O+H2OH3O++OH－
通常，上式也可简写为：
H2OH++OH－
从纯水的导电实验测得，在25℃时，1L纯水中只有1×10－7molH2O电离，因此纯水中H+浓度和OH－浓度各等于1×10－7mol／L。在一定温度时，水跟其他弱电解质一样，也有一个电离常数：
c（H+）·c（OH－）=K·c（H2O）
1LH2O的物质的量为55.6mol，这与发生电离的H2O的物质的量1×10－7mol相比，水的已电离部分可以忽略不计。所以电离前后，H2O的物质的量几乎不变，可以看做是个常数。常数乘常数必然为一个新的常数，通常我们把它写作Kw，因而上式也可写为：
c（H+）·c（OH－）=Kw
Kw叫做水的离子积常数，简称水的离子积。水的离子积是一个很重要的常数，它反映了一定温度下的水中H+浓度和OH－浓度之间的关系。在25℃时，水中H+浓度和OH－浓度都是1×10－7mol／L，所以
Kw=c（H+）·c（OH－）
=1×10－7×1×10－7=1×10－14
因为水的电离过程是一个吸热过程，所以当温度升高时，有利于水的电离，即水的离子积增大。例如，25℃时，Kw为1×10－14，100℃时，Kw约为1×10－12，两者相差约100倍。
二、溶液的酸碱性和pH
在常温时，由于水的电离平衡的存在，不仅是纯水，就是在酸性或碱性的稀溶液里，H+浓度和OH－浓度的乘积总是一个常数——1×
10－14。在中性溶液里，H+浓度和OH－浓度相等，都是1×10－7mol／L；在酸性溶液里不是没有OH－，而是其中的H+浓度比OH－浓度大；在碱性溶液里也不是没有H+，而是其中的OH－浓度比H+浓度大。
常温时，溶液的酸碱性与c（H+）和c（OH－）的关系可以表示如下：
中性溶液c（H+）=c（OH－）=1×10－7mol／L
酸性溶液c（H+）＞c（OH－），c（H+）＞1×10－7mol／L
碱性溶液c（H+）＜c（OH－），c（H+）＜1×10－7mol／L
c（H+）越大，溶液的酸性越强；c（H+）越小，溶液的酸性越弱。
我们经常要用到一些c（H+）很小的溶液，如c（H+）=10－7mol／L，c（H+）=1.34×10－3mol／L，等等。用这样的量来表示溶液的酸碱性的强弱很不方便。为此，化学上常采用pH来表示溶液酸碱性的强弱：
pH=－lg｛c（H+）｝
例如，纯水的c（H+）=1×10－7mol／L，纯水的pH为：
pH=－lg｛c（H+）｝=－lg10－7=7
10－2mol／LHCl溶液中，c（H+）=10－2mol／L，其pH为：
pH=－lg｛c（H+）｝＝－lg10－2=2
10－2mol／LNaOH溶液中，c（OH－）=10－2mol／L其pH为：
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；
在碱性溶液中，c（H+）＜10－7mol／L，pH＞7。
溶液的酸性越强，其pH越小；溶液的碱性越强，其pH越大。c（H+）、pH与溶液酸碱性的关系如图4－8所示。
当溶液的c（H+）或c（OH－）大于1mol／L时，用pH表示溶液的酸碱性并不简便。例如，一些溶液的c（H+）与pH的关系如表4－1所示。
表4－1一些溶液的c（H+）与pH
c（H+）1mol／L2mol／L4mol／L6mol／L
pH0－0.3－0.6－0.78
所以，当溶液的c（H+）大于1mol／L时，一般不用pH来表示溶液的酸碱性，而是直接用H+浓度来表示。
资料
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
苹果2.9～3.3香蕉4.5～4.7面粉、小麦5.5～6.5
草莓3.0～3.5辣椒4.6～5.2马铃薯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胡萝卜4.9～5.3牡蛎6.1～6.6
梨3.6～4.0蚕豆5.0～6.0牛奶6.3～6.6
葡萄3.5～4.5菠菜5.1～5.7饮用水6.5～8.0
果酱3.5～4.0萝卜5.2～5.6虾6.8～7.0
资料
测定溶液pH的实际意义
测定溶液的pH有重要的实际意义。例如，在化工生产中，许多反应必须在一定pH的溶液中才能进行。对一些氧化还原反应，在酸性介质中进行或在碱性介质中进行，其产物往往不同。在农业生产中，农作物一般适宜在pH等于7或接近7的土壤里生长。在pH小于4的酸性土壤或pH大于8的碱性土壤里，农作物一般都难于生长，因此，需要定期测量土壤的酸碱性。有关部门也需要经常测定雨水的pH。当雨水的pH小于5.6时，就成为酸雨，它将对生态环境造成危害。人体体液和代谢产物都有正常的pH范围，测定人体体液和代谢产物的pH，可以帮助了解人的健康状况。一些体液和代谢产物的正常pH如图4－9所示。
习题
一、填空题
1．纯水是一种极弱的电解质，它能微弱地电离出______和______。在25℃时，水电离出的H+和OH－浓度为______，其离子浓度的乘积为______，该乘积叫做______，在25℃时，其数值为______。
2．下列溶液中：
①0.1mol／LHCl溶液；②0.1mol／LH2SO4溶液；
③0.1mol／LNaOH溶液；④0.1mol／LCH3COOH溶液，
c（H+）由小到大的排列顺序为______。
二、选择题
1．体积相同、pH相同的HCl溶液和CH3COOH溶液，与NaOH溶液中和时两者消耗NaOH的物质的量[]
A．相同B．HCl多
C．CH3COOH多D．无法比较
2．在48mL0.1mol／LHNO3溶液中加入12mL0.4mol／LKOH溶液时，所得到的溶液呈[]
A．弱酸性B．强酸性
C．碱性D．中性
3．甲溶液的pH为4，乙溶液的pH为2，甲溶液与乙溶液的c（H+）之比为[]
三、回答下列问题
1．酸性溶液里有没有OH－？碱性溶液里有没有H+？为什么？
2．A、B、C三种溶液，其中，A的pH为5，B中c（H+）=10－3mol／L，C中c（OH－）=10－2mol／L，哪种溶液的酸性最强？