水的离子积常数.pdf

化学教学 2 0 0 3 年 第4 期 5 1 x1 0 一 9 两溶液混合一定会有沉淀生成 由此可见在常量范围内用氯化物来鉴别碳酸钠 和碳酸氢钠溶液是不可能做到的 参考文献 1 马晓 朱雪龙 许黎中编 高中五星级题库 化学 M 上海 上海科技教育出版社 1 9 9 3 2 洪东府主编 化学同步分层导学 高中一年级用 M 上海 上海科学技术出版社 2 0 0 1 温度对溶液p H值影响的探讨 胡 金 臣 象山中学 浙江象山3 1 5 7 0 0 摘 要 本文从实验和理论两方面探讨了一些电解质溶液的p H值随温度变化的情况 特别强调了温度变化会引起 盐的水解平衡的移动 同时也会对水的离子积产生影响 在一些电解质的水溶液中 升温使溶液 O H 增大 但电 解质溶液的p H 值不会因 O H 的 增大而增大 关键词 温度 p H 值 水的离子积 电离平衡 水解平 衡 文章编号 1 0 0 5 6 6 2 9 2 0 0 3 0 4 0 0 4 8 0 2中图 分类号 6 6 3 2 4 7 9文献标识码 C 1 问题的提出 下列水溶液在升温后溶液的p H值增大的是 A N 琦C l B N a Z C 0 3 C N a C l D H 2 S O 4 答案 B a 可 以 着 出 命 题 者 本 想 在 这 一 知 识 点 上 有 所 突 破 但 由于自 身的思维定势 片面地只考虑温度对盐的水 解的影响 认为升温使水解平衡向正方向移动 使 N a Z C 0 3 溶液 O H 增大 p H值也增大 而忽略了 更为重要的温度也会对水的离子积产生影响 从而 得出了错误的结论 本文就这一问题从实验探究和 理论计算来谈谈自己粗浅的看法 以供参考 2 问题探讨 2 1 实验探讨 我们分别对一些酸 碱 盐的水溶液 利用p H 计测定其在不同温度下的p H 值 观测其p H值随温 度变化的情况 实验所用的p H计是上海华侨仪表 厂生产的 型号为 P H S 3 C 数字式精密酸度计 测定结果如下 表1 溶液的p H测定值随温度变化情况 俞 Atr a 1 0 2 0 3 0 9 v 4 0 5 0 纯水 7 3 07 1 06 9 5 6 7 46 6 2 HC l1 0 31 0 21 0 2 1 0 11 0 2 HAc2 9 02 8 9 2 8 72 8 72 8 5 N a O H1 3 5 0 1 3 1 11 2 8 71 2 5 01 2 2 9 N H 3 H Z O 1 1 5 1 1 1 2 11 0 8 91 0 6 21 0 3 7 N a C l7 3 07 0 8 6 9 76 7 16 5 9 N a A c 9 1 99 0 08 7 68 6 28 4 6 N 氏C 1 5 3 85 1 95 0 34 8 7 4 7 3 溶液的浓度为0 1 X m o l L 由上述实验的测试结果可知 除强酸 如盐酸 溶液外 当体系的温度升高时 其溶液的p H值都呈 不同程度的下降趋势 2 2 理论探讨 2 2 1 p H值与 H 在电解质的水溶液中 一定同时存在 H 和 O H 溶液的p H 值随 H 增大而减小 当温度一 定时 H 与 O H 的乘积为一常数 p H值又可表 示为p H 一 1 g K 1 g O H 即 在一定温度条件下 K 为一常数 O H 大p H值也就大 但如果温度 发 生变 化 K 就要发生变化 那么 O H 大p H值 不一定就大 2 2 2 温度与 K 当温度一定时 在纯水或电解质的稀溶液中 t H 与t O H 的乘积为一常数 叫做水的离子积 用 K 表示 温度发生变化时 水的离子积要发 生变化 具体数据列表如下 表2 水的离子积常数随温度变化的情况 温度 1 0 C 2 0 3 0 9 0 4 0 5 0 C609C7 0 C 8 0 9 C 9 0 9 v1 0 0 9 v 一 1 g K 1 4 5 41 4 1 71 3 8 31 3 5 51 3 2 61 3 0 21 2 8 01 2 6 01 2 4 21 2 6 1 一 一 由上表可知 温度对水的电离有着较大的影响 在2 5 时纯水的p H 值为7 当温度变为1 0 0 时 纯 水的p H 值就接近于6 此时纯水的 O H 约为l x 1 0 6 m o l L 是2 5 时 O H 的1 0 倍左右 但此时纯 水的p H 值与2 5 时相比 却减小了t o 2 2 3 温度与酸 碱的电离平衡常数 2 0 0 3 年 第 4 期问题解答与讨论 弱酸 弱碱水溶液存在电离平衡 电离平衡常数 可以表示弱电解质电离的趋势大小 K值越大 表示 电离程度越大 电离常数随温度变化而变化 见表 3 但由于电离过程热效应较小 温度对电离常数影 响不大 其数量级一般不变 与K 相比 温度对其影 响相对较小 表3 H A c 和N H 3 姚 电 离 平 衡常 数随 温 度 变 化 的 情 况 温 度1 0 C2 0 3 0 C4 0 9 C5 0 C K H A c 1 5 5 3 x 1 0 一 5 I 6 9 4 x 1 0 一 5 1 8 0 6 x 1 0 一 5 1 8 5 2 x 1 0 一 51 8 8 7 x 1 0 一 5 K N H 3 H 2 01 5 7 0 x 1 0 一 5 1 7 1 0 x 1 0 一 5 1 8 2 0 x 1 0 一 5 1 8 6 2 x 1 0 一 5 1 8 9 2 x 1 0 一 5 2 2 4 温度对酸碱溶液p H值的影响 强酸 如H C I 在水溶液中全部电离 H C 1 电离出 的H 抑制了水的电离 对一般浓度的强酸溶液 由 水 电 离 出 的 H 十 H ZO 1 0 7 m o l L 相 对 于 H I H C 其 是可以忽略的 H C I 的电离不受温度的影响 可见温 度对盐酸溶液的p H值几乎不产生影响 同理 温 度对碱溶液几乎不影响 淮弱酸溶液中 如醋酸溶液 H A c H 十 A c 一 电离平衡常数表达式为 K H A c H 7 A 一 H A c 令 C H A 为醋酸的总浓度 因为H A c 溶液中 H 主要由酸电离出来的 而且 H A c 只极少一部分 发生电离 即有 H 二 A c 一 C H A c H A c 二 C H A 一 A c 一 二 C H A K H A 二 H A c 一 H A c H 2 C H A c H 1 岛 K H A C c H A 1 2K H A e C H A c 当温度升高时 K H A 增大 H 也增大 溶液的p H 值减小 因温度对 K H A 影响不大 故温度升高醋酸 溶液p H值变化不大 实验的结果也是如此 温度 从1 0 变化到5 0 O C 溶液的p H值只减小0 0 5 见表 1 对弱碱如氨水溶液也是如此 2 2 5 温度对盐溶液p H值的影响 在强酸强碱盐 如 N a C I 的水溶液中 溶液呈中 性 即 H 十 O H K W 1 2 温度对溶液p H值 的 影响与纯水的情况一样 温度升高 K y 增大 H 增大 p H值减小 在弱酸强碱盐的水溶液中 如 N a A c 溶液 A c 能与水电离的 H 结合成难电离的 H A c 弱电解质 使水的电离向正方向移动 A c 一 水解的离子反应方 程式为 A c 姚0 H A c O H 水解的结果使 溶液 O H 大于仁 H 溶液显示碱性 水解平衡常 数可表示为 K r O H 一 了 H A c 仁 A 一 二 H 十 O H 一 I H A c H A c 一 I H O H 一 H A 一 I H A c K w K H A C 因为N a A c 溶液中A c 一 只极少一部分发生水解 即有 O H 一 二 H A c j C N a A c A c 一 C N a A 一 H A c 二C N a A c 则有K K H A o ff 一 2 C N a A c O H 一 C N a A c K w K H A c 1 2 当温度升高时K w 和K H A 都增大 H 就增大 溶 液的p H值减小 由表2 和表3 所列K 和K H A 的 数据 可理论计算出 1 0 至 5 0 时 0 1 0 0 m o 1 L N a A c 溶液的p H值 如下表4 0 表4 0 1 0 0 m o l L N a A c 溶 液1 0 一 5 0 时p H 理 论 计 算 值 温度 1 0 2 0 C3 0 C4 0 5 0 一1 g K w 1 4 5 41 4 1 71 3 8 31 3 5 51 3 2 6 一 1 g K 4 8 0 94 7 7 14 7 4 34 7 3 24 7 2 4 p H值 9 1 78 9 78 7 98 6 48 4 9 计算结果表明 0 1 0 0 m o l L N a A c 溶液 温度由 1 0 变化到5 0 时 溶液的p H值减小了 6 8 实验 结果与之基本符合 同理在强酸弱碱盐的水溶液中 如N 风C 1 溶液 同样可得 K 卜1 K W K N H 3 H 2O H C N H 4C I K w K N H 3 H Z lit3 H z 0 当 温 度 升 高 时 K 和K N H 3 H 2 均 增 大 但K 杯 K N H 3 H 20 值 还 是 增 大 的 即 H 增 大 p H 值 减小 同 样 由 表2 和 表3 所 列K w 和K N H 3 H z 的 数 据 可 理 论计算出 1 0 至5 0 时0 1 0 0 m o l L N 凡C l 溶液的 p H值 如下表5 a 表5 0 1 0 0 m o l L N 比c l 溶 液1 0 一 5 0 时p H 理 论 计 算 值 温度 1 0 1 C2 0 9 03 0 4 0 5 0 9 0 一1 g K 1 4 5 41 4 1 71 3 8 31 3 5 51 3 2 6 一 1g K N li3 112 0 4 8 0 44 7 6 74 7 4 04 7 3 04 7 2 3 p H值 5 3 75 2 05 0 54 9 1 4 7 7 从上述计算结果可以看出0 1 0 0 m o 1 L N 氏C l 溶 液 温度由1 0 变化到5 0 时 溶液的p H 值减小了 0 6 0 实验结果与之也基本符合 3 问题讨论 综合上述实验和理论两方面的探讨 结果是完 全一致的 我们一般都认为当氢氧根离子浓度增大 时 氢离子浓度减小 溶液的p H值也就增大 但这 是建立在K 不变的基础上 当在一些弱酸强碱盐 溶液中 如N a A c N a 2 C 0 3 溶液 如果不考虑水的离子 积不随温度升高而增大 那么当温度 下转 2 5页 2 0 0 3 年 第4 期研究性学习 中的葡萄糖 或氢氧化钠 1 用西瓜汁 番茄汁 代替葡萄糖溶液 在5 0 m L 小平底烧瓶中依次加人 1 5 m L西瓜汁 红色 1 5 m L4 的氢氧化钠溶液 3 滴 0 2 的亚 甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡溶液呈淡蓝色 蓝色和 红色相混合的结果 静置 淡蓝色 巧秒后消失 变 为红色 再次振荡 红色溶液又呈淡蓝色 1 在5 0 m L小平底烧瓶中依次加人 1 5 m L番茄汁 棕黄色 1 5 m L 4 的氢氧化钠溶液 3 滴0 2 的亚 甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡溶液呈浅绿色 蓝色和 棕黄色相混合的结果 静置 浅绿色 1 0 秒后消失 变为棕黄色 再次振荡 棕黄色榕液又呈浅绿色 实验中发现一些 反常 现象 西瓜汁 番茄汁 代 替葡萄糖时混合溶液褪色要快得多 而它们中葡萄糖 含量并不是太高的 并且 相同体积的番茄汁比西瓜 汁的褪色要快 但番茄含葡萄糖的量比西瓜低 提出假设 果汁中可能有还原性比葡萄糖更强 的物质 例如 维生素 C 是不是西瓜汁 番茄汁 中的 V c 起还原作用 验证假设 在 5 0 m L小平底烧瓶中依次加人 1 5 m L V c 银翘片无色溶液 活性炭吸附过滤后 1 5 m L 4 的氢氧化钠溶液 3 滴0 2 亚甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡溶液呈蓝色 静置 溶液立刻变为 无色 再次振荡 无色溶液又呈蓝色 得出结论 西瓜汁 番茄汁 可以代替葡萄糖进 行 蓝瓶子 实验 但西瓜汁 番茄汁 中的V 起主要 还原作用 2 用口碱 食用纯碱 代替氢氧化钠 在2 5 0 m L 平底烧瓶中依次加人2 0 g 口 碱 8 0 m L 的蒸馏水 1 6 g 葡萄糖 振荡溶解后 再滴人4 一 6 滴 0 2 的亚甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡使全部溶液 呈蓝色 静置 蓝色 2 5 分钟后 变为浅蓝色 轻微 变色 再次振荡 浅蓝色溶液又呈蓝色 得出结论 用口碱代替氢氧化钠与亚甲蓝 葡萄 糖混合做 蓝瓶子 实验效果不好 蓝色溶液变为无 色时间过长 3 用 V 代替葡萄糖 口碱代替氢氧化钠 在5 0 m L 小平底烧瓶中 依次加人 1 5 m L V 银翘 片无色溶液 吸附过滤后 巧 m L 2 0 的口碱溶液 3 滴0 2 亚甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡溶液呈蓝 色 约2 分钟后 溶液由蓝色变为无色 再次振荡 无色溶液又呈蓝色 结论 可用 V c片 口碱 亚甲蓝的混合溶液做 蓝瓶子 的趣味实验 3 几点说明 1 本活动比较安全 且围绕变色原因的探究有 一定的思维强度 寻找葡萄糖等替代品的探究可选 取生活中常见的物质V 银翘片 果蔬汁 西瓜汁 番 茄汁 口碱进行实验 这对启迪学生思维 增强化 学实验的亲和力都具有一定的意义 2 蓝瓶子 实验的溶液颜色变化可以持续 1 2 天 当溶液变为棕褐色时 振荡溶人空气不能回 复蓝色 每次实验滴人的亚甲蓝溶液不能过多 否 则褪色困难 实验