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为什么水的离子积常数Kw只适用于稀溶液?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 水的离子积常数
【一般情况】 水是一种极弱的电解质,可以发生微弱的电离,其电离方程式为:H 2 O+H 2 O≒H 3 O + + OH - ,简写为H 2 O≒H + + OH - ,是一个吸热过程。 水的电离是水分子与水分子之间的相互作用而引起的,因此极难发生,大约55.5×10 8 个水分子中只有1个水分子发

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【一般情况】

水是一种极弱的电解质,可以发生微弱的电离,其电离方程式为:H2O+H2O≒H3O+ OH,简写为H2O≒H+ OH,是一个吸热过程。

水的电离是水分子与水分子之间的相互作用而引起的,因此极难发生,大约55.5×108个水分子中只有1个水分子发生电离。

实验测得,25℃时1L 纯水中只有1×10-7mol 的水分子发生电离。1L 纯水的质量为1000g,它的物质的量近似为55.5mol,电离产生的H为1×10-7mol,55.5:1×10-7=55.5×108:1,所以说55.5×108个水分子中约只有1个水分子电离。

由水分子电离出的H和OH数目在任何情况下总相等,25℃时,纯水中,c(H)c(OH)=1×10-7mol/L。

 c(H)c(OH)=Kw,其中Kw称作水的离子积常数,简称水的离子积,c(H),C(OH)是分别是指整个溶液中氢离子和氢氧根离子的总物质的量浓度。

Kw只随温度变化而变化,是温度常数。如25℃,c(H)c(OH)=1×10-7mol/L,Kw=1×10-14;100℃时,c(H)c(OH)=1×10-6mol/L,Kw= 1×10-12。在其它物质的溶液中,如酸、碱和盐,由于溶质发生电离与水解,导致H或OH的浓度发生变化,抑制了水的电离,所以水的电离平衡也向左移动,因此可以利用水的离子积常数来简单地判断溶液的pH值。

【为什么纯水的离子积常数也适用于稀溶液】

观点一

在浓溶液中,其他离子和氢离子或氢氧根离子的作用变得明显,不得不考虑水的电离受到其他离子的影响,水的电离也发生了本质的变化。其常数也发生了变化。

观点二

H2O≒H+ OH,其常数K的表达式应该c(Hc(OH)/c(H2O)

在稀溶液中,由于氢离子或氢氧根离子浓度比较低,无论水的电离平衡往左移动还是往右移动,水的浓度几乎不变的,都是55.6mol/L

例如:pH=1的时候,水的浓度为(55.6-0.1)mol/L,pH=13的时候也一样。

这个时候,我们就干脆认为Kw=c(H)c(OH)是一个定值。实际上应该是K=c(H)c(OH)/c(H2O)是一个定值。

当氢离子浓度为10mol/L 的时候,按这个思路c(H2O)=46.6mol/L 了,水的电离常数怎么可以用Kw来表示,而应该用K=c(H)c(OH)/c(H2O)来表示才是确切的。

实际上,在一般的化学平衡中,固体或纯液体也是有“浓度”的,但由于这些固体或者液体浓度的变化很小,为了处理方便(或者是当时的实验条件,无法测得这些微小的变化,以为和固体的量的多少无关,实际上有关系的,只是限于当时的实验条件),因此不把固体或纯液体的浓度放入表达式里去而已。

假定水溶液的密度为ρ,在纯水中在稀溶液中ρ也几乎等于1,这个时候,1L 溶液的质量几乎等于水的质量,我们也因此认为水的浓度不变。

但在浓溶液中,ρ>1或者<1,这个时候,水的浓度是多少呢?

c(H2O)=n(H2O)/V

我们假定体积为1L 的b溶质的水溶液,溶质b的质量分数为ω。密度为ρ(单位为g/mL)

则总质量为1000ρ,溶质b的质量为1000ρω,则水的物质的量浓度为c(H2O)=1000ρ(1-ω)/18

很明显,当ρ=0.8,ω=0.1的时候c(H2O)=1000ρ(1-ω)/18已经小于55.6mol/L,水的浓度发生了变化。

例如 52.7%的酒精密度为0.92472,则水的浓度变化变化更大。

当ρ=1.2,ω=0.2的时候c(H2O)=1000ρ(1-ω)也会发生变化,只是变化小一些而已。

其余溶质b或多或少都有这样的情况出现。也就是说,水的在浓溶液时候,浓度变小比较明显。

所以说,水的Kw只适用稀溶液。

(责任编辑:化学自习室)
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