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TIP

在弱根盐里,为什么水的电离程度为什么增大呢?

因为弱根会和 H2O 电离出来的 H+ 或 OH- 结合,导致 H2O 的电离平衡正移,促进了 H2O 的电离。

预备知识:溶液中的氢离子浓度以及氢氧根离子浓度分别用 c(H+)c(OH)c(H+)c(OH) 表示,水电离出来的氢离子浓度和氢氧根离子浓度分别用 c(H+)wc(OH)wc(H+)wc(OH)w 表示。根据水的电离方程式 H2OH++OHH2OH++OH 易得: c(H+)w=c(OH)wc(H+)w=c(OH)w 。又根据水的离子积常数 KwKw 的定义易得: Kw=c(H+)c(OH)Kw=c(H+)c(OH) 。此外, pH=lgc(H+)pH=lgc(H+) 。溶液中水的电离程度可以用 c(H+)wc(H+)w 或者 c(OH)wc(OH)w 的大小表示。

  1. 常温下的纯水中,只存在 H2OH++OHH2OH++OH,不难有: c(H+)w=c(OH)w=c(H+)=c(OH)=Kw=107mol/Lc(H+)w=c(OH)w=c(H+)=c(OH)=Kw=107mol/L

  2. 酸溶液:以 HCN 为例,在 HCN(aq) 中,存在以下两个电离过程:H2OH++OHHCNH++CN 。因此很容易得到 c(H+)=c(H+)w+c(H+)HCNc(OH)=c(OH)w ,其中 c(H+)HCN 代表的是 HCN 电离出的氢离子浓度。根据以上分析,不难得出常温下在 pH=4HCN(aq) 中, c(H+)=104mol/Lc(OH)=1010mol/Lc(H+)w=c(OH)w=1010mol/L<107mol/L ,酸溶液中水的电离受到抑制。

  3. 碱溶液:分析方法同酸溶液。比如在 NaOH 溶液中,我们有:c(H+)=c(H+)wc(OH)=c(OH)w+c(OH)NaOH ,最终求解得到常温下 pH=10NaOH 溶液中: c(H+)=1010mol/Lc(OH)=104mol/L,c(H+)w=c(OH)w=1010mol/L<107mol/L ,碱溶液中水的电离也受到抑制。

  4. 水解呈酸性的盐:以 NH4Cl 溶液为例,其中存在两个平衡: (a):H2OH++OH(b):NH4++OHNH3H2O 。分析思路:氯化铵电离出的铵根离子将水电离出的氢氧根离子结合走了一部分,但是对水电离出的氢离子没有影响。因此,平衡后溶液中的氢氧根离子浓度只是水电离出的氢氧根离子浓度的一部分,而水溶液中的氢离子浓度是水电离出的全部氢离子浓度。简而言之: c(H+)=c(H+)w 。因此在常温下 pH=3NH4Cl 溶液中有: c(H+)=103mol/Lc(OH)=1011mol/Lc(H+)w=c(OH)w=103mol/L>107mol/LNH4Cl 促进了水的电离。额外说一句,在 NH4Cl 溶液中,由于水电离出的氢氧根离子有一部分被铵根离子结合生成一水合氨(每生成一个一水合氨分子消耗一个氢氧根离子),另一部分剩下来变为溶液中的氢氧根离子,因此不难有: c(OH)w=c(OH)+c(NH3H2O)c(H+)=c(H+)wc(H+)w=c(OH)w ,三个式子联立得到: c(H+)=c(OH)+c(NH3H2O) ,此式子实际上是氯化铵溶液中的质子守恒方程。

  5. 水解呈碱性的盐:分析方法同水解呈酸性的盐。比如常温下在 pH=10Na2CO3 溶液中,有: c(OH)=c(OH)w ,易得: c(H+)=1010mol/Lc(OH)=104mol/Lc(H+)w=c(OH)w=104mol/L>107mol/L ,因此Na2CO3促进了水的电离。同样,在Na2CO3的溶液中,水电离出的氢离子一部分被碳酸根离子结合生成碳酸以及碳酸氢根(一个碳酸的生成消耗两个氢离子,一个碳酸氢根的生成消耗一个氢离子),另一部分剩下来成为溶液中的氢离子。因此有: c(H+)w=c(H+)+c(HCO3)+2c(H2CO3) ,又 c(OH)=c(OH)w=c(H+)w ,得: c(OH)=c(H+)+c(HCO3)+2c(H2CO3) ,上式为碳酸钠水溶液中的质子守恒。

  6. 以上是知根知底回答问题的方法,接下来我们来“偷偷懒”:

  • 对于第一种情况: c(H+)w=c(OH)w=c(H+)=c(OH)=Kw mol/L ,已经很简单了,没法再偷懒了。
  • 对于第二、第三种情况,由于是抑制水的电离,因此直接 c(H+)w=c(OH)w=min(c(H+),c(OH))
  • 对于第四、第五种情况,由于是促进水的电离,因此直接 c(H+)w=c(OH)w=max(c(H+),c(OH))
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