電解質溶液中由水電離出的氫離子濃度的計算技巧

劉爽

[摘 要]“電解質溶液中的離子平衡”是高中化學教學的重點與難點，而關于“水電離出的氫離子濃度”的計算更是教學難點，在高考試題中占有一定的比例。學生解這類題時常常容易出錯，因此引導學生掌握此類題型的計算技巧顯得尤為重要。

[關鍵詞]電解質溶液；水的電離；氫離子濃度；計算技巧

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）17-0059-02

“電解質溶液中的離子平衡”是高中化學教學的重點與難點，而關于“水電離出的氫離子濃度”的計算更是教學難點，在高考試題中占有一定的比例，學生解這類題時常常容易出錯。在電解質溶液中水是最重要的溶劑，離子平衡一般取決于溶質和水的電離平衡，由于水的電離較弱，有時可以忽略不計，而只考慮溶質的電離；但有時水的電離又不可以忽略。怎樣去理解這個問題，是長期以來困擾學生的一個難題。本文就電解質溶液中水電離出的氫離子濃度的計算技巧提供一些建議，旨在為高中化學教學提供一定的參考與指導。

現對近幾年高考中出現的“水電離出的氫離子濃度的計算”題型進行歸類解析。

【例1】求常溫下0.1 mol/L的鹽酸溶液中，由水電離出的氫離子濃度。

解析：由HCl[ ]H++Cl-和H2O []H++OH-可知，溶液中的氫離子濃度是由HCl和H2O共同決定的，氫氧根離子濃度只由H2O決定，由此可知c（H+）水=c（OH-）水，也就是說水電離出的氫離子和氫氧根離子永遠相等。所以要求水電離出的氫離子濃度，只要計算出水電離出的氫氧根離子濃度即可。0.1 mol/L的鹽酸即pH=1，那么c（OH-）總= c（OH-）水=10-13 mol/L，所以c（H+）水=c（OH-）水=10-13 mol/L。

【例2】求常溫下0.1mol /L的氫氧化鈉溶液中，由水電離出的氫氧根離子濃度。

解析：由NaOH[ ]Na++OH-和H2O []H++OH-可知，溶液中的氫氧根離子濃度是由NaOH和H2O共同決定的，氫離子的濃度只由H2O決定，而 c（H+）水=c（OH-）水，這是絕對成立的，也就是說水電離出的氫離子和氫氧根離子永遠相等，所以要求水電離出的氫氧根離子濃度，只要計算出水電離出的氫離子濃度即可。0.1mol/L的氫氧化鈉即pH=13，c（H+）總= c（H+）水=10-13 mol/L，所以c（OH-）水=c（H+）水=10-13 mol/L。

解題思路：這樣的題型有許多的陷阱，以上兩個例題為什么求由水電離出的氫離子濃度或氫氧根離子的濃度，而不是求溶液中的氫離子濃度或氫氧根離子的濃度呢？因為只要告知電解質（酸或堿）的濃度或pH，我們就可以直接求出溶液中的氫離子或氫氧根離子的濃度，但是要求由水電離出的氫離子濃度或氫氧根離子的濃度，我們要判斷清楚氫離子或氫氧根離子是由水電離出來的，還是由酸或堿電離出來的，這是我們判斷的關鍵，如果判斷對了，此類問題也就迎刃而解了。

以上兩個例題中0.1 mol/L的鹽酸溶液中由水電離出的氫離子濃度和0.1 mol /L的氫氧化鈉溶液中由水電離出的氫氧根離子濃度相等，都等于10-13 mol/L，為什么會這樣呢？對于水的電離（H2O []H++OH-），向水中加入酸或者堿都會使水的電離平衡向左移動，都會抑制水的電離。常溫下，水電離出的氫離子濃度與氫氧根離子濃度相等，都等于10-7 mol/L，即c（OH-）水= c（OH-）水=10-7 mol/L。當水的電離受到抑制時，水電離出的氫離子濃度與氫氧根離子的濃度都同時等量減小，但由水電離出的氫離子濃度與氫氧根離子濃度永遠相等。

規律1：酸、堿溶液對水的電離平衡都起抑制作用。

規律2：在酸堿溶液中，雖然酸堿電離出的氫離子和氫氧根離子對水的電離都會產生抑制作用，但是水自身電離出的氫離子濃度與氫氧根離子濃度永遠相等。

規律3：在酸堿溶液中，水電離出的氫離子濃度與水電離出的氫氧根離子濃度都小于10-7 mol/L。

【例3】求常溫下，pH=1的氯化銨溶液中，由水電離出的氫離子濃度。

解析：由于氯化銨是強電解質，在溶液中完全電離，即NH4Cl=NH4++Cl-，可見溶液中的氫離子和氫氧根離子都是由水電離出來的，因此pH=1的氯化銨溶液中。c（OH-）總= c（OH-）水=10-13 mol/L，c（H+）總= c（H+）水=0.1 mol/L。這時氫離子濃度和氫氧根離子濃度為什么不相等了呢？其實不是不相等，水電離出來的氫離子濃度與氫氧根離子濃度永遠是相等的，只不過這時水電離出的氫氧根離子與氯化銨電離出的銨根離子結合生成了一水合氨，所以在溶液中的存在量變少了。

【例4】求常溫下pH=13的醋酸鈉溶液中，由水電離出的氫離子濃度。

解析：由于醋酸鈉是強電解質，在溶液中完全電離，即CH3COONa=CH3COO-+Na+，溶液中的氫離子和氫氧根離子都是由水電離出來的，因此pH=13的醋酸鈉溶液中，c（OH-）總= c（OH-）水=0.1 mol/L，c（H+）總= c（H+）水=10-13 mol/L。

規律4：在能水解的鹽溶液中，氫離子的濃度與氫氧根離子的濃度是絕對不相等的，否則溶液就不會顯酸堿性。

總之，一定溫度下，水的離子積是個常數，氫離子濃度與氫氧根離子濃度的乘積也是個常數；酸中的氫離子濃度遠大于水電離出的氫離子的濃度，所以計算時水電離的氫離子濃度可以忽略，而用酸的氫離子濃度來計算；同理堿也是這樣，相對于堿溶液而言，水電離出的氫氧根離子太少了，計算時可忽略不計；但是對于能水解的鹽來說，水的氫離子和氫氧根離子是整個溶液中所有氫離子和氫氧根離子的來源，這時就不能忽略了。因此，在計算電解質溶液中由水電離出的氫離子濃度時，要究其來源，分析其存在環境，只有這樣問題才可迎刃而解。

（特約編輯 溫 簡）