見微知著水的電離

2018-08-15 02:13:26李萍

數理化解題研究 2018年19期

李萍

(山東省棗莊八中 277000)

水是一種極弱的電解質.25℃ 1 L純水中只有1.0×10-7mol的水分子電離，水的離子積常數Kw約為1.0×10-14mol2·L-2.水的電離程度非常小，但其具有重要意義.

一、水電離應用

1.用水的電離平衡認識化學反應的本質

(1)活潑金屬與水的反應

(2)鹽的水解反應

在溶液中鹽電離出的離子與水電離的H+或OH-結合生成弱電解質，破壞水電離平衡，促進水電離，使c(H+)≠c(OH-)，鹽溶液呈現酸堿性.

以上反應都是以水的電離為前提，反應過程中伴隨水的電離平衡移動.

2.水的電離是工業電解水制氫的基礎

電解制氫的原理是水電離出的H+被還原生成H2，水電離出的OH-被氧化生成O2.可以說沒有水電離，就無法實現水電解.此外在惰性電極電解電解質的水溶液時，也可能是水電離的H+或OH-參加反應.如工業電解飽和食鹽水制氫氣、氯氣和NaOH時，反應的H+就來自水電離.電解過程伴隨水電離平衡移動，在陰極區生成H2和NaOH.

3.判斷水溶液中粒子濃度關系離不開水的電離

比較溶液粒子濃度大小，如稀醋酸溶液同時存在醋酸和水電離，弱電解質電離是微弱的，但水電離能力遠遠小于弱酸，溶液粒子濃度由大到小順序：c(CH3COOH)>c(H+)>c(CH3COO-)>c(OH-).

稀醋酸鈉溶液中，鹽電離的弱酸根離子和弱堿陽離子水解是微弱的，但水電離程度遠遠小于鹽水解，溶液粒子濃度由大到小的順序：c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(CH3COOH)>c(H+).

例1 下列溶液粒子濃度關系正確的是( ).

A.硫化鈉溶液c(Na+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H2S)

B.草酸鈉溶液c(OH-)=c(H+)+c(HC2O4-)+2c(H2C2O4)

D.醋酸鈉和氯化鈣混合溶液c(Na+)+c(Ca2+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)+2c(Cl-)

二、水電離常見考點

1.外界條件對水電離平衡影響

影響水電離平衡的因素有溫度、酸、堿、能水解的鹽和活潑金屬等，水的電離平衡移動符合勒夏特列原理.

A.向水中加入稀鹽酸，平衡逆向移動，c(H+)降低

B.向水中加入少量固體醋酸鈉，c(OH-)增大，水的離子積常數不變

C.向水中加人少量固體NaOH，平衡正向移動，c(H+)降低

D.將水加熱，水的離子積常數增大，pH不變

答案：B

2.水電離出的c(H+)和c(OH-)的計算(25 ℃時)

中性溶液，c(OH-)=c(H+)=1×10-7mol·L-1

溶質為酸的溶液，酸溶液中H+來源于酸的電離和水的電離，而OH-只來源于水的電離，即酸溶液計算水的電離需求OH-的濃度.如pH=2的鹽酸，溶液中的c(OH-)=1×10-12mol·L-1,即水電離出的c(H+)=c(OH-)=1×10-12mol·L-1；溶質為堿的溶液，堿溶液中OH-來源于堿的電離和水的電離，而H+只來源于水的電離.即堿溶液計算水的電離需求H+的濃度.如pH=12的NaOH溶液，溶液中c(H+)=1×10-12mol·L-1，即由水電離出的c(H+)=c(OH-)=1×10-12mol·L-1.

3.水電離圖像

把水的離子積以圖像形式呈現出來，既能考查對圖像的分析能力，也考查對水的離子積的理解和應用能力.解此類問題時應牢牢把握離子積也屬于平衡常數只與溫度有關.曲線上的點都代表平衡點，其c(H+)·c(OH-)=Kw.改變溫度，c(H+)和c(OH-)一定不在曲線上.溫度不變改變其他條件，c(H+)和c(OH-)可能會改變，但Kw不變，表示的點還在曲線上.

例3 一定溫度下，水溶液中H+和OH-的濃度變化曲線如圖，下列說法正確的是( ).