水電離產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子濃度計算

阮龍發(fā)

(福建省龍巖高級中學(xué) 364000)

計算水電離產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子的濃度是高中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)中的難點，要熟練掌握計算，首先必須明確計算基礎(chǔ).

1.計算公式：pH=-lgc(H+)

Kw=c(H+) ·[OH-](適用純水、酸、堿、鹽等稀溶液)

2.明確溶液中溶質(zhì)的類型, 電解質(zhì)的電離，明確H+和OH-的來源.

3.任何情況下：c(H+)水=c(OH+)水.

4.水的電離平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、鹽類水解平衡及平衡移動.

5.酸、堿抑制水的電離，鹽類水解促進水的電離.

特別要注意：溫度對Kw的影響，在沒有特別說明的情況下默認(rèn)為25℃，此時，Kw= 1.0×10-14mol2·L-2.接下來結(jié)合電離、鹽類水解規(guī)律以及對水的電離的影響，按溶質(zhì)的類型不同分五種情況來分析.

一、酸溶液

在酸(包括強酸和弱酸)溶液中，H+主要來源于酸，酸電離出的H+抑制水的電離.一般情況下，忽略水電離出的H+，酸溶液中的OH-全部來源于水的電離，酸溶液中c(OH+)代表了水的電離程度：c(OH+)=c(OH+)水，要計算水電離出的c(H+)水，先算溶液中的c(OH+).

例1 計算0.001 mol·L-1的HNO3溶液中c(H+)水，即：c(H+)=1×10-3mol·L-1.

解c(OH+)=Kw/c(H+)=1.0×10-14mol2·L-2/10-3mol·L-1=10-11mol·L-1

c(H+)水=c(OH+)水=c(OH+)=10-11mol·L-1

二、堿溶液

在堿(包括強堿和弱堿)溶液中，OH-主要來源于堿，堿電離出的OH-抑制了水的電離.一般情況下，忽略水電離出的OH-，堿溶液中的H+全部來源于水.堿溶液中c(H+)代表了水的電離程度：c(H+)=c(H+)水，要計算水電離出的c(OH+)水，先算溶液中的c(H+).

例2 計算pH=11的氨水溶液中c(OH+)水,即：

c(OH+)=1×10-3mol·L-1.

解c(H+)=Kw/c(OH+)= 1.0×10-14mol2·L-2/ 10-3mol·L-1

c(OH+)水=c(H+)水=c(H+)=10-11mol·L-1

電離原理：只存在

和 H2OOH-+ H+

兩種電離，H+全部來源于水，故堿中算c(H+)濃度.

三、純水和強酸強堿鹽

求得溶液中：c(H+)=c(OH+)=c(H+)水=c(OH+)水=1.0× 10-7mol·L-1

變式25℃時，pH=4的HNO3溶液中由水電離出c(H+)水=a；pH=4的Al(NO3)3溶液中由水電離出c(H+)水=b，則a/b=________.

點評酸中算c(OH+)；a=c(OH+)=1×10-10mol/L，強酸弱堿鹽算c(H+):b=c(H+)=1×10-4mol/L，則a/b=1×10-6.

四、強堿弱酸鹽

水解原理：強堿弱酸鹽電離出弱酸的陰離子與水電離出的H+結(jié)合，生成弱酸.例如：CH3COONa = CH3COO-+Na+，CH3COO-與水電離產(chǎn)生的H+結(jié)合生成CH3COOH，使水的電離平衡向右移動，促進了水的電離，從而使得溶液中c(H+)

例3 計算pH=10的CH3COONa溶液中c(H+)水,即：c(H+)=1×10-10mol·L-1

解c(OH+)=Kw/c(H+)=1.0× 10-14mol2·L-2/ 10-10mol·L-1=1×10-4mol·L-1

c(H+)水=c(OH+)水=c(OH+)=1×10-4mol·L-1

平衡原理：CH3COONa溶液只存在:

兩種平衡，OH-全部來源于水的電離，故強堿弱酸鹽算c(OH+).

五、強酸弱堿鹽

水解原理：強酸弱堿鹽電離出的弱堿陽離子與水電離出的OH-結(jié)合，生成弱堿.例如：

Al3+與水電離產(chǎn)生的OH-結(jié)合生成Al(OH)3，使水的電離平衡向右移動，促進了水的電離，從而使得溶液中c(H+)>c(OH+).此時，溶液中的c(H+)代表了水的電離程度，要計算水電離出的c(OH+)水，先算溶液中的c(H+).

例4 計算pH=4的Al2(SO4)3溶液中c(OH+)水,即：c(H+)=1×10-4mol·L-1

解c(OH+)水=c(H+)水=c(H+)=1×10-4mol·L-1

平衡原理：Al2(SO4)3溶液只存在:

兩種平衡，H+全部來源于水，故強酸弱堿鹽算c(H+).

綜上，酸堿中算“小的”：酸中算c(OH+)濃度堿中算c(H+)濃度，水解鹽算“大的”：強堿弱酸鹽算c(OH+)強酸弱堿鹽算c(H+).

參考文獻：

[1]李曉寧.電解質(zhì)溶液中水的電離[J].青海教育,2010.

[2]徐文華.2016年高考理科綜合模擬試題(一)[J].試題與研究(高考),2016.