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[水质]
水的离子积和溶液的PH值
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发表于: 2014-02-26
关键词:
水溶液,
离子积
DVK)2 La
gOr%!QaF
水的
离子积
和溶液的
PH
值 溶液中进行的
化学
反应,特别是生物体内的化学反应,往往需要在一定的PH值条件下才能正常进行。人的各种体液都有一定的PH值,而且不容易改变,因此能保证人体正常的生理活动。人的体液之所以具有一定的PH值,是由于它本身就是缓冲溶液,具有抵抗外来少量强酸或强碱的能力,从而能够稳定溶液的PH值。学习本章的目的有三个:一是掌握PH值及其与溶液酸碱性的关系、酸碱指示剂理论;二是掌握配制缓冲溶液所需要的
知识
和
方法
;三是为后续课程学习有关体内酸碱平衡理论提供必要的基础知识。
O=$~O\}b
g"?Y+j
第一节水的离子积和溶液的PH值
z %e8K(
一、水的离子积
e][B7wZ
水是一种既能释放质子也能接受质子的两性物质。水在一定程度上也微弱地离解,质子从一个水分子转移给另一个水分子,形成H3O+和OH-。
w^#L9i'v'
达到平衡时,可得水的离解常数Ki
{qmdm`V[
或[H2O+][OH-]=K1[H2O]2
Q^q1ns;r
由于水的离解度极小,[HO]数值可以看作是一个常数,令K1[H2O]2等于另一新常数Kw,则
,uPJ_oZs
[H3O+][OH-]=Kw
TU GNq
Kw称为水的离子积常数,简称水的离子积。上式表示在一定温度时,水中氢离子浓度与氢氧离子浓度的乘积为一常数(表3-1)。25℃时,由
实验
测出在纯水中[H3O+]和[OH-]各为1.0×10-?7mol·L-1。通常将水合离子H3O+简写为H+,这样,在常温时:
ylB7* >[
表3-1 不同湿度时水的离子积
l6~-8d+lfN
温度/℃
X5khCLHi
KW
P{5-Mx!{&
I温度/℃
H{AMZyV0/d
KW
NO0"* c ;
0
a3VM'
1.2×10-15
u1~9{"P*
50
90# ;?#
5.5×10-14
;=9 >MS}
10
#k$)i[aI-
3.0×10-15
;),BW g
60
QnI.zq V
9.6×10-14
:qvI%1cP=
20
YxGcFjJ
6.8×10-15
J@L9p46,
70
TS"D]Txs
1.6×10-18
c DrebU
25
QJW`}`R
1.0×10-14
:+%Zh@u\
80
` r']^ ,
2.5×10-13
qUo-Dq>
30
+jqj6O@Tjr
1.5×10-14
1# t6`N]?V
90
Sg] J7;]
3.8×10-13
Ze!92g
40
*o' 4,+=am
2.9×10-14
fj4^VXD
100
2D([Z -<i
5.5×10-13
rwpgBl
K=1.0*10-7*1.0*10-7=1.0*1014
nDlO5 pe"d
[H+][OH-]=1.0*10-14 (3-2)
}.:d#]g8
水的离子积和溶液的PH值 由于水离解时要吸收大量的热,所以温度升高,水的离解度和KW也相应地增大。
|,}E0G.
水的离子积
原理
不仅适用于纯水,也适用于一切稀的水溶液。在任何稀的水溶液中,不论[H+]和[OH-]怎样改变,它们的乘积总是等于KW。
9.0WKcwg
qa}>i&uO
二、溶液的PH值
W3LP ~
在纯水或中性溶液中,25℃时
n6d^>s9J
当向水中加入酸时,溶液中[H+]就会增大,设达到新的平衡时该溶液的[H+]为1.0×10-2mol·L-1,因[H+][OH-]=1.0×10-14,则
Q-R}qy5y
可见,在酸性溶液中,[H+]>1.0×10-7 mol·L-1,而[OH-]<1.0×10-7 mol·L-1.
rR!U;
如果向纯水中加入碱时,溶液中[OH-]就会增大,设达到新的平衡时该溶液的[OH-]为1.0×10-2mol·L-1,同理计算出[H+]=1.0×10-12 mol·L-1。可见,在碱性溶液中[OH-]>1.0×10-7mol·L-1,而[H+]<1.0×10-7 mol·L-1。由上述三种情况可知:
S!7g)
在纯水或中性溶液中 [H+]=1.0×10-7 mol·L-1=[OH-]
!"! ii$@
在酸性溶液中[H+]>1.0×10-7 mol·L-1>[OH-]
p^8JLC
在碱性溶液中[H+]<1.0×10-7 mol·L-1<[OH-]
k_Tswf3
当然,[H+]或[OH-]都可用来表示溶液中的中性、酸性或碱性,但实际
应用
中多采用[H+]来表示。但是,在生物学与医学上许多重要溶液的[H+]往往是一个很小的数值,而且带有负指数,用[H+]表示溶液的酸碱性不方便。例如,人的血液[H+]为0.0000000398mol·L-1,即3.98×10-8 mol·L-1,血液究竟是酸性还是碱性,不容易看清楚。索仑生(Sorensen)首先提出用PH值表示水溶液的酸碱性。
g+9v$[!
溶液的PH值是氢离子浓度的负对数值。
>tEK+Y|N}
它的数学表示式为:pH=-lg[H+]
hb! ln7
即 [H+]=10-pH(3-3)严格地说,考虑活度时:
QSmJ`Bm
Pα+=lgαH+ (3-4)
u0BMyH
必须注意,PH值每相差一个单位时,其[H+]相差10倍H值相差二个单位时,[H+]相差100倍;依此类推。
i7f%^7!
用PH值表示稀的水溶液的酸碱性,则有“
3"vRK5Bf
在纯水或中性溶液中, [H+]=1.0×10-7 mol·L-1 PH=7
}Eb]9c\
在酸性溶液中, [H+]>1.0×10-7 mol·L-1 PH<7 ,PH越小,则酸性越强。
NGj"ByVjx
在碱性溶液中, [H+]<1.0×10-7 mol·L-1 PH>7,PH越大,则碱性越强。
-s89)lUkS
和PH相仿,[OH-]和KW也可用它们的负对数来表示,即
R|H[lbw
pOH=-lg[OH-] (3-5)
Uf^RLdoDn
pKw=-lgKw (3-6)
WzlS^bZ
由于在25℃时,[H+][OH-]=KW =1.0×10-14
]xI?,('_m
将方程两边取负对数,则得
Cv P`2S\
-lg[H+]-lg[OH-]=-lgKw=-lg1.0*10-14
o|+E+l9\
所以
E;xMPK$
pH+pOH=pKw=14 (3-7)
Ou? r {$(b
水溶液中[H+],[OH-],PH,POH值与溶液酸碱性的关系如表3-2。
'xsbm^n6a&
在实际应用中,PH值一般只限于0-14范围内。当 [H+]或[OH-]大于(即100)时,就不再采用PH值,而仍用[H+]或[OH-]表示溶液的酸碱性。
2|$lk8 /,
必须注意,用PH值表示的是溶液的酸度或有效酸度而不是酸的浓度。酸度或有效酸度是指溶液中H+浓度,严格地说是指H+的活度,是指已离解部分酸的浓度。酸的浓度也称总酸度或
分析
浓度,它是指在1升溶液中所含酸的物质的量,包括已离解和未离解两部分酸的总浓度,其大小要用滴定分析来确定。酸度或有效酸度则用PH试纸或PH计来
测定
。潜在酸度是指未离解部分的浓度,即总酸度与有效酸度之差。例如,0.01mol·L-1HCL和0.01 mol·L-1HOAc的浓度相同,但有效酸度不同。0.01 mol·L-1HCL溶液总酸度为0.01mol·L-1,其有效酸度[H+]也是相同数值,25℃时,总酸度为0.01 mol·L-1的HOAc溶液,其有效酸度[H+]则仅为4.2×10-4mol·L-1。
Oq[i &
例1 分别求出0.1mol.L-1 HCl溶液和0.01mol.L-1 HOAc溶液的pH值,已知其[H+]分别为0.01mol.L-1和4.2*10-4mol.L-1。
32s5-.{c/f
解:HCl溶液的pH=-lg0.01=-lg10-2=2.0
?_8%h`z
HOAc溶液的pH=-lg(4.2*10-4)
)\D2\1e(c
=[0.62+(-4)]
tF<^9stM
=3.38
mVa?aWpez
例2 已知某溶液的pH=4.60,计算该溶液的氢离子浓度。
D~5yj&&T;
解:-lg[H+]=pH=4.60
-)4uYK*
lg[H+]=4.60=-5+0.40=5.40
Y||yzJdC
查0.4的反数为2.512,故
c!tvG*{
[H+]=2.512*10-5mol.L-1
C(EYM$
三、PH值在医学上的应用
8.*\+nH
医学上常用PH来表示体液的酸碱性(见表3-3)。PH值在医学上具有很重要的意义,例如,正常人血浆的PH值相当恒定,保持在7.35-7.45之间,如果血液的PH值大于7.5,在临床上就表现出明显的碱
中毒
.反之,当血液的PH值小于7.3时,则表现出明显的酸中毒。
17WNJ
测定溶液中PH值的方法很多,临床上常用PH试纸测定病人尿液的PH值。更为精确的测定PH值,要使用PH计。
's$A+8;L
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发表于: 2014-03-23
危地马拉前总统阿尔瓦罗·科洛姆收藏朱亚东书作
[size=24px]
[size=24px]2013年危地马拉投资峰会期间,前总统阿尔瓦罗·科洛姆(左三)在威斯汀卡米诺雷亚尔酒店向官员展示他收藏的朱亚东书法——《草书诸葛亮前后出师表》
jM3Y|}+
>?G|Yz*kEJ
u'$yYzBE
~q8V<@?
[size=24px]危地马拉前总统阿尔瓦罗·科洛姆与美国国务卿希拉里
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