现行人教社高中化学必修一~三册课本人教社必修第二册1-44-2

第二节 水的电离和溶液的pH   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+H2O 通常，上式也可简写为： H2O H++OH－ 从纯水的导电实验测得，在25℃时，1L纯水中只有1×10－7 mol H2O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） 1L H2O的物质的量为55.6 mol，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+）=1×10－7 mol／L，纯水的 pH为： pH=－lg ｛c（H+） ｝=－lg10－7=7 10－2 mol／L HCl溶液中，c（H+）=10－2 mol／L，其pH为： pH=－lg｛c（H+）｝＝－lg 10－2=2 10－2mol／L NaOH溶液中，c（OH－）=10－2 mol／L其pH为： pH=－lg｛c（H+）｝＝－lg10－12=12   在中性溶液中，c（H+）=10－7 mol／L，pH=7； 在酸性溶液中，c（H+）＞10－7 mol／L，pH＜7； 在碱性溶液中，c（H+）＜10－7 mol／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／L 2mol／L 4mol／L 6mol／L pH 0 －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／L HCl溶液；                   ②0.1mol／L H2SO4溶液； ③0.1mol／L NaOH溶液；                ④0.1mol／L CH3COOH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 48mL 0.1mol／L HNO3溶液中加入12mL 0.4 mol／L KOH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+）=10－3 mol／L，C中c（OH－）=10－2 mol／L，哪种溶液的酸性最强？