微诊断 水的电离度比较方法

微诊断水的电离度比较方法

张新平

[典型案例]

25℃时纯水的电离度为α1，pH=2的醋酸溶液中水的电离度为α2，pH=12的氢氧化钠溶液中水的电离度为α3。若将上述醋酸与氢氧化钠溶液等体积混合，所得溶液中水的电离度为α4.下列关系式中正确的是（）

A．α2=α3<α4<α1B．α3=α2<α1<α4C．α2<α3<α1<α4D．α1<α2<α3<α4

[诊断解析]

1. 易错选B。其原因是对于反应“上述醋酸与氢氧化钠溶液等体积混合”后溶液的性质认识有偏差，是水解强于电离、还是电离强于水解呢？

2. 回归原理：对水的电离影响因素只有外因，如温度、以及加入水中的各种物质（如酸、碱、盐、单质、氧化物）等。如Na因置换出水中的H+而促进水的电离。

3. 对比问题选择“参照系”：以“25℃时纯水的电离度为α1”为“参照系”——其水电离出的c(H+)= c(OH-)=1×10-7 mol·L-1，酸或碱所电离出的H+或OH-抑制水的电离，水的电离度减小——即α2<α1或α3<α1，水所电离出的c(H+)=c(OH-)＜1×10-7mol·L-1，且醋酸的pH=2，即醋酸电离出的c(H+)=1×10-2mol·L-1、“pH=12的氢氧化钠溶液中”氢氧化钠电离出的c(OH-)=1×10-2mol·L-1，因此，“pH=2的醋酸”和“pH=12的氢氧化钠”对水的电离的抑制作用相同，有α2=α3。

4.pH=2的醋酸溶液与pH=12的氢氧化钠溶液等体积混合，醋酸电离出的H+就恰好完全中和了氢氧化钠完全电离出的OH-，因为醋酸是弱酸，所以，有“大量的”醋酸剩余，所得溶液为醋酸和醋酸钠的混合溶液。又因为醋酸的存在，醋酸钠的水解被醋酸抑制——即忽略醋酸钠水解，只考虑剩余醋酸的电离，溶液呈酸性，水的电离被抑制——即α4<α1。但是与“pH=2的醋酸溶液”相比，醋酸毕竟被氢氧化钠中和了一部分，酸性减弱，对水的电离的抑制作用减弱，因此反应所得“醋酸和醋酸钠的混合溶液”中水的电离度是α2<α4。综上所述：正确的选择是选项A. α2=α3<α4<α1.

[诊断反思]

1. 水的电离平衡，是溶液中的四大平衡之一，也是渗透核心素养之“变化观念与平衡思想”的典范之一。

2. 基于对水的电离影响的一般证据推理，实现解决问题的一般模型认知——即规律：

①水的电离是吸热过程，故升高温度，促进水的电离，水的电离度增大——即：越热越电离。

②酸/碱抑制水的电离——即水的电离度减小，常温时由水电离出c(H+)=c(OH-)＜1×10-7 mol·L-1；水解盐促进水的电离——即水的电离度增大，常温时由水电离出c(H+)=c(OH-)＞1×10-7 mol·L-。

3. 一般没有特别说明时，弱酸与弱酸盐的1:1混合体系中，以弱酸的电离强于弱酸盐的水解去解题。如CH3COOH和CH3COONa的混合液显酸性，即醋酸的电离强于醋酸钠的水解——只考虑醋酸的电离，不考虑（即忽略）醋酸钠的水解；又如，HCN和NaCN的混合液显碱性，即氢氰酸的电离弱于氰酸钠的水解——只考虑氰酸钠的水解，不考虑（即忽略）氢氰酸的电离。

4. 逐步养成如何从“如某一元酸及其盐HA和NaA的混合液显酸性”这一宏观辨识，微观探析到HA的电离强于NaA的水解等微观特质。

5. 对于水的电离的一般详细模型认知归纳如下——水电离出的c(H＋) 和c(OH－)的计算方法：

任何水溶液中水电离产生的c(H+)和c(OH－)总是相等的。只是水溶液中由水电离出H+或OH－因其存在方式不同而在溶液中呈现出相同或不同的浓度，水解盐中，如弱酸根阴离子会结合水电离出的H+而使溶液中c(H+)＜c(OH－)；弱碱阳离子会结合水电离出的OH－而使溶液中c(H+)＞c(OH－)。但是它们都遵循质子守恒。

(1)中性溶液中（常温）：c(OH－)=c(H＋)=10－7 mol/L。

(2)酸的溶液——OH－全部来自水的电离。

实例：常温下pH=2的盐酸溶液中c(H＋)=10－2mol/L，则c(OH－)=K w/10－2=10－12 mol/L，即水电离出的c(H＋)=c(OH－)=10－12 mol/L。

(3)碱的溶液——H＋全部来自水的电离。

实例：常温下pH=12的NaOH溶液中c(OH－)=10－2 mol/L，则c(H＋)=K w/10－2=10－12 mol/L，即水电离出的c(OH－)=c(H＋)=10－12 mol/L。

(4)弱碱阳离子的盐溶液水解呈酸性——H＋全部来自水的电离。

实例：常温下pH=2的FeCl3溶液中，由水电离的c(H＋)=10－2 mol/L。由水电离的c(OH－)=10－2 mol/L，因部分OH－被部分Fe3+结合使溶液中c(OH－)=10－9 mol/L。

其质子守恒为：c(H+)=c(OH－)+ c(FeOH2+)+2c[Fe(OH)2+] +3c[Fe(OH)3].

(5)弱酸根阴离子的盐溶液水解呈碱性——OH－全部来自水的电离。

实例：常温下pH=12的Na2CO3溶液中，由水电离出的c(OH－)=10－2 mol/L。由水电离的c(H＋)=10－2 mol/L，因部分H＋被部分CO32-结合使溶液中c(H＋)=10－12 mol/L。

其质子守恒为：c(OH－) = c(H+)+ c(HCO3-)+2 c(H2CO3).

亦或：

①常温下，由水电离出的c(OH－)=c(H＋)=10－12 mol/L，该溶液可能是pH=2的酸溶液或是pH=12的碱溶液。

②常温下，由水电离出的c(OH－)=c(H＋)=10－2 mol/L，该溶液可能是pH=2的水解显酸性的盐溶液或是pH=12的水解显碱性的盐溶液。

[诊断训练]

1．[2000·全国.T10]室温下，在pH=12的某溶液中，由水电离的[OH－]为（）A．1.0×10－7mol·L－1 B．1.0×10－6mol·L－1

C．1.0×10－2mol·L－1D．1.0×10－12mol·L－1

2．[2007·浙江竞赛 B.T16]25℃时，某溶液中由水电离出来的并游离存在溶液中的c(H+)=1×10—a mol·L-1。以下说法中正确的是（）

A.a>7时，此溶液中水的电离一定是受到了抑制

B.a<7是，此溶液中水的电离一定是受到了促进

C. a>7时，此溶液的pH为a或14-a

D. a<7时，此溶液的pH为a或14-a

3．[2008·上海单科化学.T11]常温下，某溶液中由水电离的c(H＋)=1×10－13mol·L－1，该溶液可能是（）

①二氧化硫水溶液②氯化铵水溶液③硝酸钠水溶液④氢氧化钠水溶液

A．①④B．①②C．②③D．③④