见微知著水的电离

2018-08-15李萍

数理化解题研究 2018年19期

关键词：醋酸钠电离电解

李萍

(山东省枣庄八中 277000)

水是一种极弱的电解质.25℃ 1 L纯水中只有1.0×10-7mol的水分子电离，水的离子积常数Kw约为1.0×10-14mol2·L-2.水的电离程度非常小，但其具有重要意义.

一、水电离应用

1.用水的电离平衡认识化学反应的本质

(1)活泼金属与水的反应

(2)盐的水解反应

在溶液中盐电离出的离子与水电离的H+或OH-结合生成弱电解质，破坏水电离平衡，促进水电离，使c(H+)≠c(OH-)，盐溶液呈现酸碱性.

以上反应都是以水的电离为前提，反应过程中伴随水的电离平衡移动.

2.水的电离是工业电解水制氢的基础

电解制氢的原理是水电离出的H+被还原生成H2，水电离出的OH-被氧化生成O2.可以说没有水电离，就无法实现水电解.此外在惰性电极电解电解质的水溶液时，也可能是水电离的H+或OH-参加反应.如工业电解饱和食盐水制氢气、氯气和NaOH时，反应的H+就来自水电离.电解过程伴随水电离平衡移动，在阴极区生成H2和NaOH.

3.判断水溶液中粒子浓度关系离不开水的电离

比较溶液粒子浓度大小，如稀醋酸溶液同时存在醋酸和水电离，弱电解质电离是微弱的，但水电离能力远远小于弱酸，溶液粒子浓度由大到小顺序：c(CH3COOH)>c(H+)>c(CH3COO-)>c(OH-).

稀醋酸钠溶液中，盐电离的弱酸根离子和弱碱阳离子水解是微弱的，但水电离程度远远小于盐水解，溶液粒子浓度由大到小的顺序：c(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(CH3COOH)>c(H+).

例1 下列溶液粒子浓度关系正确的是( ).

A.硫化钠溶液c(Na+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H2S)

B.草酸钠溶液c(OH-)=c(H+)+c(HC2O4-)+2c(H2C2O4)

D.醋酸钠和氯化钙混合溶液c(Na+)+c(Ca2+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)+2c(Cl-)

二、水电离常见考点

1.外界条件对水电离平衡影响

影响水电离平衡的因素有温度、酸、碱、能水解的盐和活泼金属等，水的电离平衡移动符合勒夏特列原理.

A.向水中加入稀盐酸，平衡逆向移动，c(H+)降低

B.向水中加入少量固体醋酸钠，c(OH-)增大，水的离子积常数不变

C.向水中加人少量固体NaOH，平衡正向移动，c(H+)降低

D.将水加热，水的离子积常数增大，pH不变

答案：B

2.水电离出的c(H+)和c(OH-)的计算(25 ℃时)

中性溶液，c(OH-)=c(H+)=1×10-7mol·L-1

溶质为酸的溶液，酸溶液中H+来源于酸的电离和水的电离，而OH-只来源于水的电离，即酸溶液计算水的电离需求OH-的浓度.如pH=2的盐酸，溶液中的c(OH-)=1×10-12mol·L-1,即水电离出的c(H+)=c(OH-)=1×10-12mol·L-1；溶质为碱的溶液，碱溶液中OH-来源于碱的电离和水的电离，而H+只来源于水的电离.即碱溶液计算水的电离需求H+的浓度.如pH=12的NaOH溶液，溶液中c(H+)=1×10-12mol·L-1，即由水电离出的c(H+)=c(OH-)=1×10-12mol·L-1.

3.水电离图像

把水的离子积以图像形式呈现出来，既能考查对图像的分析能力，也考查对水的离子积的理解和应用能力.解此类问题时应牢牢把握离子积也属于平衡常数只与温度有关.曲线上的点都代表平衡点，其c(H+)·c(OH-)=Kw.改变温度，c(H+)和c(OH-)一定不在曲线上.温度不变改变其他条件，c(H+)和c(OH-)可能会改变，但Kw不变，表示的点还在曲线上.

例3 一定温度下，水溶液中H+和OH-的浓度变化曲线如图，下列说法正确的是( ).