论文部分内容阅读
[摘 要]“电解质溶液中的离子平衡”是高中化学教学的重点与难点，而关于“水电离出的氢离子浓度”的计算更是教学难点，在高考试题中占有一定的比例。学生解这类题时常常容易出错，因此引导学生掌握此类题型的计算技巧显得尤为重要。
[关键词]电解质溶液；水的电离；氢离子浓度；计算技巧
[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）17-0059-02
“電解质溶液中的离子平衡”是高中化学教学的重点与难点，而关于“水电离出的氢离子浓度”的计算更是教学难点，在高考试题中占有一定的比例，学生解这类题时常常容易出错。在电解质溶液中水是最重要的溶剂，离子平衡一般取决于溶质和水的电离平衡，由于水的电离较弱，有时可以忽略不计，而只考虑溶质的电离；但有时水的电离又不可以忽略。怎样去理解这个问题，是长期以来困扰学生的一个难题。本文就电解质溶液中水电离出的氢离子浓度的计算技巧提供一些建议，旨在为高中化学教学提供一定的参考与指导。
现对近几年高考中出现的“水电离出的氢离子浓度的计算”题型进行归类解析。
【例1】求常温下0.1 mol/L的盐酸溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由HCl[ ]H Cl-和H2O []H OH-可知，溶液中的氢离子浓度是由HCl和H2O共同决定的，氢氧根离子浓度只由H2O决定，由此可知c（H ）水=c（OH-）水，也就是说水电离出的氢离子和氢氧根离子永远相等。所以要求水电离出的氢离子浓度，只要计算出水电离出的氢氧根离子浓度即可。0.1 mol/L的盐酸即pH=1，那么c（OH-）总= c（OH-）水=10-13 mol/L，所以c（H ）水=c（OH-）水=10-13 mol/L。
【例2】求常温下0.1mol /L的氢氧化钠溶液中，由水电离出的氢氧根离子浓度。
解析：由NaOH[ ]Na OH-和H2O []H OH-可知，溶液中的氢氧根离子浓度是由NaOH和H2O共同决定的，氢离子的浓度只由H2O决定，而 c（H ）水=c（OH-）水，这是绝对成立的，也就是说水电离出的氢离子和氢氧根离子永远相等，所以要求水电离出的氢氧根离子浓度，只要计算出水电离出的氢离子浓度即可。0.1mol/L的氢氧化钠即pH=13，c（H ）总= c（H ）水=10-13 mol/L，所以c（OH-）水=c（H ）水=10-13 mol/L。
解题思路：这样的题型有许多的陷阱，以上两个例题为什么求由水电离出的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度，而不是求溶液中的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度呢？因为只要告知电解质（酸或碱）的浓度或pH，我们就可以直接求出溶液中的氢离子或氢氧根离子的浓度，但是要求由水电离出的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度，我们要判断清楚氢离子或氢氧根离子是由水电离出来的，还是由酸或碱电离出来的，这是我们判断的关键，如果判断对了，此类问题也就迎刃而解了。
以上两个例题中0.1 mol/L的盐酸溶液中由水电离出的氢离子浓度和0.1 mol /L的氢氧化钠溶液中由水电离出的氢氧根离子浓度相等，都等于10-13 mol/L，为什么会这样呢？对于水的电离（H2O []H OH-），向水中加入酸或者碱都会使水的电离平衡向左移动，都会抑制水的电离。常温下，水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度相等，都等于10-7 mol/L，即c（OH-）水= c（OH-）水=10-7 mol/L。当水的电离受到抑制时，水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子的浓度都同时等量减小，但由水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远相等。
规律1：酸、碱溶液对水的电离平衡都起抑制作用。
规律2：在酸碱溶液中，虽然酸碱电离出的氢离子和氢氧根离子对水的电离都会产生抑制作用，但是水自身电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远相等。
规律3：在酸碱溶液中，水电离出的氢离子浓度与水电离出的氢氧根离子浓度都小于10-7 mol/L。
【例3】求常温下，pH=1的氯化铵溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由于氯化铵是强电解质，在溶液中完全电离，即NH4Cl=NH4 Cl-，可见溶液中的氢离子和氢氧根离子都是由水电离出来的，因此pH=1的氯化铵溶液中。c（OH-）总= c（OH-）水=10-13 mol/L，c（H ）总= c（H ）水=0.1 mol/L。这时氢离子浓度和氢氧根离子浓度为什么不相等了呢？其实不是不相等，水电离出来的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远是相等的，只不过这时水电离出的氢氧根离子与氯化铵电离出的铵根离子结合生成了一水合氨，所以在溶液中的存在量变少了。
【例4】求常温下pH=13的醋酸钠溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由于醋酸钠是强电解质，在溶液中完全电离，即CH3COONa=CH3COO- Na ，溶液中的氢离子和氢氧根离子都是由水电离出来的，因此pH=13的醋酸钠溶液中，c（OH-）总= c（OH-）水=0.1 mol/L，c（H ）总= c（H ）水=10-13 mol/L。
规律4：在能水解的盐溶液中，氢离子的浓度与氢氧根离子的浓度是绝对不相等的，否则溶液就不会显酸碱性。
总之，一定温度下，水的离子积是个常数，氢离子浓度与氢氧根离子浓度的乘积也是个常数；酸中的氢离子浓度远大于水电离出的氢离子的浓度，所以计算时水电离的氢离子浓度可以忽略，而用酸的氢离子浓度来计算；同理碱也是这样，相对于碱溶液而言，水电离出的氢氧根离子太少了，计算时可忽略不计；但是对于能水解的盐来说，水的氢离子和氢氧根离子是整个溶液中所有氢离子和氢氧根离子的来源，这时就不能忽略了。因此，在计算电解质溶液中由水电离出的氢离子浓度时，要究其来源，分析其存在环境，只有这样问题才可迎刃而解。
（特约编辑 温 简）
[关键词]电解质溶液；水的电离；氢离子浓度；计算技巧
[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）17-0059-02
“電解质溶液中的离子平衡”是高中化学教学的重点与难点，而关于“水电离出的氢离子浓度”的计算更是教学难点，在高考试题中占有一定的比例，学生解这类题时常常容易出错。在电解质溶液中水是最重要的溶剂，离子平衡一般取决于溶质和水的电离平衡，由于水的电离较弱，有时可以忽略不计，而只考虑溶质的电离；但有时水的电离又不可以忽略。怎样去理解这个问题，是长期以来困扰学生的一个难题。本文就电解质溶液中水电离出的氢离子浓度的计算技巧提供一些建议，旨在为高中化学教学提供一定的参考与指导。
现对近几年高考中出现的“水电离出的氢离子浓度的计算”题型进行归类解析。
【例1】求常温下0.1 mol/L的盐酸溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由HCl[ ]H Cl-和H2O []H OH-可知，溶液中的氢离子浓度是由HCl和H2O共同决定的，氢氧根离子浓度只由H2O决定，由此可知c（H ）水=c（OH-）水，也就是说水电离出的氢离子和氢氧根离子永远相等。所以要求水电离出的氢离子浓度，只要计算出水电离出的氢氧根离子浓度即可。0.1 mol/L的盐酸即pH=1，那么c（OH-）总= c（OH-）水=10-13 mol/L，所以c（H ）水=c（OH-）水=10-13 mol/L。
【例2】求常温下0.1mol /L的氢氧化钠溶液中，由水电离出的氢氧根离子浓度。
解析：由NaOH[ ]Na OH-和H2O []H OH-可知，溶液中的氢氧根离子浓度是由NaOH和H2O共同决定的，氢离子的浓度只由H2O决定，而 c（H ）水=c（OH-）水，这是绝对成立的，也就是说水电离出的氢离子和氢氧根离子永远相等，所以要求水电离出的氢氧根离子浓度，只要计算出水电离出的氢离子浓度即可。0.1mol/L的氢氧化钠即pH=13，c（H ）总= c（H ）水=10-13 mol/L，所以c（OH-）水=c（H ）水=10-13 mol/L。
解题思路：这样的题型有许多的陷阱，以上两个例题为什么求由水电离出的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度，而不是求溶液中的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度呢？因为只要告知电解质（酸或碱）的浓度或pH，我们就可以直接求出溶液中的氢离子或氢氧根离子的浓度，但是要求由水电离出的氢离子浓度或氢氧根离子的浓度，我们要判断清楚氢离子或氢氧根离子是由水电离出来的，还是由酸或碱电离出来的，这是我们判断的关键，如果判断对了，此类问题也就迎刃而解了。
以上两个例题中0.1 mol/L的盐酸溶液中由水电离出的氢离子浓度和0.1 mol /L的氢氧化钠溶液中由水电离出的氢氧根离子浓度相等，都等于10-13 mol/L，为什么会这样呢？对于水的电离（H2O []H OH-），向水中加入酸或者碱都会使水的电离平衡向左移动，都会抑制水的电离。常温下，水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度相等，都等于10-7 mol/L，即c（OH-）水= c（OH-）水=10-7 mol/L。当水的电离受到抑制时，水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子的浓度都同时等量减小，但由水电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远相等。
规律1：酸、碱溶液对水的电离平衡都起抑制作用。
规律2：在酸碱溶液中，虽然酸碱电离出的氢离子和氢氧根离子对水的电离都会产生抑制作用，但是水自身电离出的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远相等。
规律3：在酸碱溶液中，水电离出的氢离子浓度与水电离出的氢氧根离子浓度都小于10-7 mol/L。
【例3】求常温下，pH=1的氯化铵溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由于氯化铵是强电解质，在溶液中完全电离，即NH4Cl=NH4 Cl-，可见溶液中的氢离子和氢氧根离子都是由水电离出来的，因此pH=1的氯化铵溶液中。c（OH-）总= c（OH-）水=10-13 mol/L，c（H ）总= c（H ）水=0.1 mol/L。这时氢离子浓度和氢氧根离子浓度为什么不相等了呢？其实不是不相等，水电离出来的氢离子浓度与氢氧根离子浓度永远是相等的，只不过这时水电离出的氢氧根离子与氯化铵电离出的铵根离子结合生成了一水合氨，所以在溶液中的存在量变少了。
【例4】求常温下pH=13的醋酸钠溶液中，由水电离出的氢离子浓度。
解析：由于醋酸钠是强电解质，在溶液中完全电离，即CH3COONa=CH3COO- Na ，溶液中的氢离子和氢氧根离子都是由水电离出来的，因此pH=13的醋酸钠溶液中，c（OH-）总= c（OH-）水=0.1 mol/L，c（H ）总= c（H ）水=10-13 mol/L。
规律4：在能水解的盐溶液中，氢离子的浓度与氢氧根离子的浓度是绝对不相等的，否则溶液就不会显酸碱性。
总之，一定温度下，水的离子积是个常数，氢离子浓度与氢氧根离子浓度的乘积也是个常数；酸中的氢离子浓度远大于水电离出的氢离子的浓度，所以计算时水电离的氢离子浓度可以忽略，而用酸的氢离子浓度来计算；同理碱也是这样，相对于碱溶液而言，水电离出的氢氧根离子太少了，计算时可忽略不计；但是对于能水解的盐来说，水的氢离子和氢氧根离子是整个溶液中所有氢离子和氢氧根离子的来源，这时就不能忽略了。因此，在计算电解质溶液中由水电离出的氢离子浓度时，要究其来源，分析其存在环境，只有这样问题才可迎刃而解。
（特约编辑 温 简）