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在课堂上分析影响水的电离平衡的因素时,学生一般对于升温、加酸、加碱、加可水解的盐对水的电离平衡的影响很容易理解掌握。而当我问到加入易与水反应的物质,如 Na、F2、CO2、NH3 等,对水的电离平衡的影响如何呢?思考一会儿之后,有的学生不作声,有的学生回答:水中加入金属钠会抑制水的电离平衡。问其原因,回答: Na 与水反应生成 NaOH,相当于加入碱,所以抑制水的电离,其它类似。甚至有的学生拿出辅导书作为有力的“证据”,但我认为不是这样的。
我们知道钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,把钠放入盐酸溶液中离子方程式为:
2Na + 2H+ 2Na+ + H2↑
所以钠与水反应的本质是:Na 作为还原剂把水电离出的 H+ 还原成 H2,而 Na 本身被氧化成Na+。溶液中 [H+] 不断减少,促进水的电离平衡,[OH-] 不断增大,直到金属钠完全被氧化成钠离子,最后生成NaOH溶液。此反应是进行到底的,所以化学方程式为:
2Na + 2H2O 4NaOH + H2↑
因此解题的关键是要理解NaOH不是抑制水的电离平衡的原因,而是水的电离平衡被促进后的结果。
换一个角度思考:我们知道水是一种极弱的电解质,纯水中存在电离平衡 H2O H+ + HO-,常温时,在水中c(H+) = c(OH-) = 1×10-7 mol·L-1。当加入金属钠后,纯水由中性变为碱性的氢氧化钠溶液,[OH-]>[H+] 且 [OH-] 远远大于 10-7 mol·L-1, 由于水中只加了金属钠,所以溶液中的 OH- 只能由水电离出来,因此加入金属钠是促进水的电离平衡的。
同样的道理,把F2通入水中会发生下例反应:
2F2 + 2H2O 4HF + O2↑
纯水由原来的中性转变成弱酸性,[H+] 增大,由于只是把 F2 通入水中,所以溶液中的 H+ 只能由水电离出来,因此通入 F2 也是促进水的电离平衡的。
往水中通入 CO2 气体,CO2 会和水电离出的 OH- 结合生成 HCO3-,从而促进了水的电离平衡,使水中的 [H+] 不断增大。此反应为可逆反应,CO2 不会全部反应完,所以 CO2 与水反应的化学方程式为:
CO2 + H2O HCO3- + H+[这样解释我认为不合理,理由: CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+ ,溶液中的H+并不是水电离的,而是H2CO3电离的,生成的H+反过来应抑制水的电离。同时作者那样也无法解释溶液中的H2CO3分子浓度大于HCO3- 浓度]
氨气通入水中与 CO2 通入水中情况类似,不同的是 NH3 是与水电离出的 H+ 结合生成 NH4+,从而促进了水的电离平衡。体系也是发生可逆反应:
NH3 + H2O NH4+ + OH-
最后溶液成弱碱性。[这样解释我认为也不合理,理由:NH3 + H2O NH3·H2O
NH4+ + OH- ,而且书中是这样叙述的:氨气溶于水,大部分与水反应生成NH3·H2O,NH3·H2O小部分电离生成NH4+,溶液中的 OH-主要不是水出来电离的,而是NH3·H2O电离的,生成的OH-反过来应抑制水的电离。同时作者那样也无法解释溶液中的NH3·H2O分子浓度为什么大于NH4+ 浓度]
因此往水中加入易与水反应的物质如 Na、F2、CO2、NH3 等是促进水的电离平衡的。[酯的水解并不是水电离出来的离子与酯反应,而是H2O 中的-OH和-H与酯反应!酯水解生成的酸反过来会抵制水的电离] 归纳起来,影响水的电离平衡的因素有:
⑴ 温度:升温促进水的电离平衡;
⑵ 酸或碱:加酸(如 HCl 等)或加碱(如 NaOH 等)抑制水的电离平衡;
⑶ 可水解的盐:加易水解的盐(如 CH3COONa、NH4Cl 等)促进水的电离平衡;
⑷ 易与水反应的物质:加易与水反应的物质(如 Na、F2、CO2、NH3 等)可促进水的电离平衡。
[总之:与水反应的物质对水电离平衡有何影响,还是应当搞清楚反应的机理再说,是与H2O分子反应还是与水电离出的H+ 或OH- 反应?若是与H2O分子反应,生成的酸或碱会抑制水的电离;若是与H2O电离的H+ 或OH- 反应,则会促进水的电离]
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