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【转载】中学化学专题讨论之四  

2014-01-23 11:07:58|  分类: 化学辅导 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自jshlshzhzh《中学化学专题讨论之四》
 

怎样理解“由水电离出的氢离子浓度=10 –a mol/L”

“由水电离出的氢离子浓度=10 –a mol/L”这句话能够推出什么,是令许多同学困惑的问题。我认为,主要原因是这是一个逆向思维的问题。由于思维所需要的知识不清楚,所以导致了思维混乱。为了解决这一难题,本文拟做以下尝试。

为了能够解决本文题目提出的问题,你必须能够真正地看懂以下例题。

例一:求常温下0.1mol/L的盐酸溶液中,由水电离出的氢离子浓度以及溶液的pH值。

我们知道,盐酸是强酸,在溶液中是完全电离的。也就是说,由HCl电离出的氢离子浓度=0.1mol/L,设由水电离出的氢离子浓度= x mol/L,那么由水电离出的氢氧根离子浓度也= x mol/L,根据水的离子积常数有:Kw=(0.1+x)x = 10-14  展开得: x2+0.1x-10-14=0解此一元二次方程,得x=10-13 mol/L 。如果你自己动手解一下,就会发现很麻烦。实际上,因为x比起0.1来,完全可以忽略不计,所以,Kw=(0.1+x)x=0.1×x= 10-14   x=10-13 mol/L 要简便的多。

溶液的pH值=-lgc(H+)=-lg(0.1+x)=-lg 0.1= 1

答案: 常温下0.1mol/L的盐酸溶液中,由水电离出的氢离子浓度=10-13 mol/L ,溶液的pH值=1 。

实际上,不仅是盐酸,就是硫酸、醋酸等等,只要由酸电离出的氢离子浓度=0.1mol/L,就有由水电离出的氢离子浓度=10-13 mol/L ,溶液的pH值=1 。

结论1:在酸的溶液中【注意!不是酸性溶液!】,由水电离出的氢离子浓度=由水电离出的氢氧根离子浓度,如果它=10-a mol/L(a>7),溶液的pH值=14-a 。(你得花点儿时间,对照上面的例题,好好理解一下这几句话的含义。)

例二:求常温下0.1mol/L的氢氧化钠溶液中,由水电离出的氢离子浓度以及溶液的pH值。

我们知道,氢氧化钠是强碱,在溶液中是完全电离的。也就是说,由NaOH电离出的氢氧根离子浓度=0.1mol/L,设由水电离出的氢氧根离子浓度= x mol/L,那么由水电离出的氢离子浓度也= x mol/L,根据水的离子积常数有:Kw=x(0.1+x)= 10-14  展开得: x2+0.1x-10-14=0解此一元二次方程,得x=10-13 mol/L 。如果你自己动手解一下,就会发现很麻烦。实际上,因为x比起0.1来,完全可以忽略不计,所以,Kw=x(0.1+x)=0.1 x= 10-14   x=10-13 mol/L 要简便的多。

溶液的pH值=-lgc(H+)=-lg x =-lg10-13= 13

答案: 常温下0.1mol/L的氢氧化钠溶液中,由水电离出的氢离子浓度=10-13 mol/L ,溶液的pH值=13。

实际上,不仅是氢氧化钠,就是氢氧化钡、氨水等等,只要由碱电离出的氢氧根离子浓度=0.1mol/L,就有由水电离出的氢离子浓度=10-13 mol/L ,溶液的pH值=13 。

结论2:在碱的溶液中【注意!不是碱性溶液!】,由水电离出的氢离子浓度=由水电离出的氢氧根离子浓度,如果它=10-a mol/L(a>7),溶液的pH值= a 。(你得花点儿时间,对照上面的例题,好好理解一下这几句话的含义。再和结论1对照比较一下。)

例三:求常温下0.1mol/L的醋酸钠溶液(已知Ka(CH3COOH)=1.8×10-5)中,由水电离出的氢离子浓度以及溶液的pH值。

我们知道,醋酸钠完全电离,是不会电离出氢离子、氢氧根离子的,所以,此溶液中的氢离子和氢氧根离子全部是由水电离出的!

对于此题的解法,中学阶段不做要求,所以,我们详细写一下:

设醋酸根离子水解生成的氢氧根离子浓度为xmol/L。

在醋酸钠溶液中:CH3COO- + H2O  =可逆=  CH3COOH + OH-

         起始浓度:     0.1              【常数】                  0                 0

         转变浓度:      x                                                 x                  x

         平衡浓度:    0.1-x≈0.1                                    x                 x

水解平衡常数Kh=[c(CH3COOH)×c(OH-)]/ c(CH3COO-)

 把分子、分母都乘以此条件下溶液中的氢离子浓度:

水解平衡常数Kh=[ c(CH3COOH)×c(OH-)×c(H+)]/[ c(CH3COO-)×c(H+)]

 仔细看看,上式中红色部分是Kw,黑色部分是Ka(CH3COOH)的倒数。所以:醋酸根离子水解的水解平衡常数

Kh=kw/ Ka(CH3COOH)=10-14/(1.8×10-5)=5.6×10-10  = x2/0.1【上式】

解之: x=7.5×10-6   所以,溶液中的氢离子浓度=由水电离出的氢离子浓度=kw/(7.5×10-6)=1.3×10-9

     pH=-lg(1.3×10-9)=9-lg1.3≈9

答案:常温下0.1mol/L的醋酸钠溶液中,由水电离出的氢离子浓度≈1×10-9mol/L,溶液的pH值≈9 。

结论3:在水解显碱性的盐的溶液中,氢离子和氢氧根离子全部是由水电离出的,由水电离出的氢离子浓度<由水电离出的氢氧根离子浓度,如果由水电离出的氢离子浓度=10-a mol/L(a>7),溶液的pH值= a 。

例四:求常温下0.1mol/L的氯化铵溶液(已知Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5)中,由水电离出的氢离子浓度以及溶液的pH值。

我们知道,氯化铵完全电离,是不会电离出氢离子、氢氧根离子的,所以,此溶液中的氢离子和氢氧根离子全部是由水电离出的!

同上,在氯化铵溶液中,存在如下平衡:

                        NH4+ + H2O =可逆= NH3·H2O + H+

    起始浓度:     0.1      【常数】               0               0

    转变浓度:      x                                      x                x

    平衡浓度:    0.1-x≈0.1                         x                x

如上所述,铵根离子水解的水解平衡常数

Kh=kw/ Kb(NH3·H2O)=10-14/(1.8×10-5)=5.6×10-10  = x2/0.1【上式】

解之: x=7.5×10-6   所以,溶液中的氢离子浓度=由水电离出的氢离子浓度=7.5×10-6 mol/L   pH=-lg(7.5×10-6)=6-lg7.5≈5

  结论4:在水解显酸性的盐的溶液中,氢离子和氢氧根离子全部是由水电离出的,由水电离出的氢离子浓度>由水电离出的氢氧根离子浓度,如果由水电离出的氢离子浓度=10-a mol/L(a<7),溶液的pH值= a 。  (你注意到那个(a<7)与前面3个例题不同了吗?这个非常重要。)

如果你感觉自己真的懂了,那么你应该能够做对下面的这个题目:

某溶液中由水电离出的氢离子浓度=10 –a mol/L,那么,?当a=12时;?当a=3时;此溶液中的溶质可能为下列选项中的(   ),相应的pH是(   )。

A.CuSO4    B.KOH    C.H2SO4   D.Na2CO3 

答案在下页。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

答案:?当a=12时;此溶液中的溶质可能为下列选项中的(B、C、D),相应的pH是(12、2、12)。【注意对应关系】

?当a=3时;此溶液中的溶质可能为下列选项中的( A ),相应的pH是( 3 )。

怎么样?做对了没有?如果没有,建议你再从头重新看本文。

结论:已知条件是:“由水电离出的氢离子浓度=10 –a mol/L”,要推出溶液的pH值时,首先看a是大于7还是小于7。如果是a>7,也就是说由水电离出的氢离子浓度<10 –7 mol/L,则pH的可能性有2种:1、pH=a 【此时溶液显碱性,溶质可能是碱或者水解显碱性的盐。】;2、pH=14-a 【此时溶液显酸性,溶质是酸。】。如果是a<7,也就是说由水电离出的氢离子浓度>10 –7 mol/L,则pH的可能性只有1种: pH=a  【此时溶液显酸性,溶质是水解显酸性的盐。】。

 

附注:在本文讨论的范围中,像NaHSO4、NaHSO3、NaH2PO4 这样能够电离出氢离子并且不水解或者水解弱于电离的酸式盐,应该按照酸对待; 像 NaHCO3 、Na2HPO4 、NaHS这样能够电离出氢离子但是水解强于电离的酸式盐,应该按照水解显碱性的盐对待。如果不理解这个附注,可以不管它。

 

 

 

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