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水是一种极弱的电解质,在常温下能电离出极少量的H+和OH-,存在着电离平衡, 在解答有关水电离的问题时,要掌握以下的知识和规律。
1. Kw=c(H+)c(OH-)。由于水中c(H+)=c(OH-),纯水总是中性的。
2. 不能认为c(H+)或c(OH-)等于10-7 mol/L或pH=7的溶液就一定是中性溶液, 不能把pH=7作为判断一切溶液酸、碱性的分界线,应比较c(H+)和c(OH-)的大小。
例1. 90℃时水的离子积Kw=3.8×10-13,该温度时纯水的pH值 ( B )
A. 等于7 B. 小于7 C. 大于7 D. 无法确定
3. 已知水中的c(H+)或c(OH-)并不能确定溶液的酸碱性,它既可以是酸(或酸性)溶液,也可能是碱(或碱性)溶液。
例2. 已知某溶液中,已电离的水的浓度为10-13mol/L,则在此溶液中肯定能大量共存的离子是 ( B )
A.K+、Na+、Cl-、 B.K+、Na+、
、
C.K+、、
、
D.K+、Mg2+、
、Cl-
4. 什么物质或条件可以打破水的电离平衡?平衡如何移动?
(1) 酸、碱可以打破水的电离平衡,促使水的电离平衡逆向移动,造成c(H+)≠c(OH-),αw下降。酸溶液的pH值表示的c(H+)为溶质酸的,通过水的离子积(Kw) 的公式计算出水电离的c(OH-)w,c(H+)w=c(OH-)w。碱溶液的pH值表示的c(H+)则为水电离出的c(H+)w,因为碱本身不含有H+。
(2) 水解盐可以打破水的电离平衡,促使水的电离平衡正向移动,αW增大。 只有一种弱离子水解,则c(H+)≠c(OH-);若双水解,则可能相等,也可能不相等。水解呈酸性的盐溶液的pH值表示的是水电离的c(H+)W(与碱溶液相同),水解呈碱性的盐溶液的pOH值表示的是水电离的c(OH-)W(与酸溶液相同)。
(3) 温度可以影响水的电离平衡。水的电离是吸热反应,温度升高,水的电离平衡向右移动,αW增大,KW增大,pH值降低,但c(H+)w=c(OH-)w。常温时水的离子积 KW=10-14,100℃时,KW=10-12。
例3. 室温下,0.1 mol /L的下列溶液中,水的电离度大小排列正确的是 ( B )
① AlCl3 ② KNO3 ③ NaOH ④ NH3
A. ①>②>③>④ B. ①>②>④>③ C. ③>④>②>① D. ①=②=③=④
解析:AlCl3是水解盐,促进水的电离平衡向右移动,水的电离度增大。KNO3不水解,不影响水的电离平衡,水的电离度不改变。NaOH和NH3将抑制水的电离, 水的电离度要减小。由于NaOH是强碱,NH3溶于水产生的c(OH-)比NaOH电离所产生的c(OH-)小,故在NaOH 溶液中,水的电离度减小得比NH3水中大。因此本题应选B。
例4.对于25℃时,pH值都等于4的盐酸和碘化铵溶液中,水的离子积 (Kw)和电离度(HCl和NH4I中水的电离度分别用和
表示)的叙述正确的是 ( C )
A. Kw相等,=
B. Kw相等,
=10-8 C. Kw相等,
=106
D. Kw不等,
解析:由于温度皆为25℃,两种溶液的Kw应是一样的。对于盐酸,c(H+)a=10-4mol/L,c(H+)W=c(OH-)W=10-10mol /L;对于NH4I溶液,由NH4++H2ONH3·H2O+H+,知c(H+)W=10-4mol /L,故
=
=106。本题应选C。
例5.在25℃时,0.1 mol / L NaR的溶液中水的电离度为a1,在0.1 mol / L盐酸中,水的电离度为a2,若a1∶a2=109,则0.1 mol / L NaR溶液的pH值为 ( C )
A. 4 B. 7 4. 10 D. 无法计算
解析:盐酸中水电离的c(H+)=1×10-13mol / L,若R-为强酸的酸根,则盐溶液中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol / L,盐和盐酸中水的电离度之比为=106,与题意不合,故R-应为弱酸的酸根。设NaR在水中水解所产生的c(OH-)为xmol / L,则a1∶a2=x∶10-13=109,x=10-4mol / L,故该盐溶液的pOH=4,pH=10。应选C。
5.如果是重水(D2O),或非常温下的水溶液,Kw≠10-14,则pH≠7,那末在中性以下且pH<7时,酸溶液的浓度与pH值的关系和Kw=10-14时相同;如果按酸的浓度算出的pH值与中性值相等或大时,一定错了!而碱溶液的pH值则不能按pH=7为中性水溶液的算法计算,一定要另外计算。
例6.对于重水(D2O)可以采用同pH值一样的定义来规定pD,pD=-lg{c(D+)},则pOD=-lg{c(OD-)}。已知某温度下重水电离D2OD++OD- 达一平衡时,c(D+)c(OD-)=1×10-15,据此,在该温度下的下列叙述正确的是 ( A )
A. 0.1 mol DCl溶于D2O配成1 L溶液,其pD=1
B. 0.001 mol NaOD和重水配成1 L溶液,pD=11
C. 纯重水的pD=7
D. 用重水配制FeCl3溶液,溶液中pD>pOD
解析:由于c(D+)c(OD-)=1×10-15,pD=pOD=15/2=7.5为中性,故C错。pD<7.5 为酸性,即在7以下情况与普通水溶液一样计算,故A正确。但7─7.5,对普通水溶液来说也为碱性,故此溶液就不能按普通水溶液一样计算,因此B是错的。由于FeCl3水解呈酸性,c(D+)与pD是相反的关系,应是pD<pOD才对,故D错。本题应选A。
6.对于极稀的酸、碱溶液,水的电离不可忽视。例如,c(H+)=10-8mol / L的盐酸,如果认为pH=8则错了,因为酸溶液的pH值在常温时是小于7的。在计算溶液的pH值时,要考虑水电离的c(H+)和c(OH-),设水电离的c(H+)=c(OH-)=x mol / L,则根据水的离子积可得出如下代数方程式:(10-8+x)x=10-14,10-8x+x2=10-14。由于x已很小了,故x2更小,可忽略不计,10-8x=10-14,x=10-6,即该稀盐酸的pH=6。
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