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[水质]水的离子积和溶液的PH值 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  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=$~O\}b  
g"?Y+j  
第一节水的离子积和溶液的PH值 z %e8K(  
一、水的离子积 e][B7wZ  
水是一种既能释放质子也能接受质子的两性物质。水在一定程度上也微弱地离解,质子从一个水分子转移给另一个水分子,形成H3O+和OH-。 w^#L9i'v'  
达到平衡时,可得水的离解常数Ki {qmdm`V[  
或[H2O+][OH-]=K1[H2O]2 Q^q1 ns;r  
由于水的离解度极小,[HO]数值可以看作是一个常数,令K1[H2O]2等于另一新常数Kw,则 ,uPJ_oZs  
[H3O+][OH-]=Kw TU GNq  
Kw称为水的离子积常数,简称水的离子积。上式表示在一定温度时,水中氢离子浓度与氢氧离子浓度的乘积为一常数(表3-1)。25℃时,由实验测出在纯水中[H3O+]和[OH-]各为1.0×10-?7mol·L-1。通常将水合离子H3O+简写为H+,这样,在常温时: ylB7*>[  
表3-1 不同湿度时水的离子积 l6~-8d+lfN  
温度/℃ X5khCL Hi  
KW P{5-Mx!{&  
I温度/℃ H{AMZyV0/d  
KW NO0"*c;  
0 a3VM '  
1.2×10-15 u1~9{"P*  
50 90# ;?#  
5.5×10-14 ;=9 >MS}  
10 #k$)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 fj 4^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-] !"! i i$@  
在酸性溶液中[H+]>1.0×10-7 mol·L-1>[OH-] p^8 JLC  
在碱性溶液中[H+]<1.0×10-7 mol·L-1<[OH-] k_Tswf3  
当然,[H+]或[OH-]都可用来表示溶液中的中性、酸性或碱性,但实际应用中多采用[H+]来表示。但是,在生物学与医学上许多重要溶液的[H+]往往是一个很小的数值,而且带有负指数,用[H+]表示溶液的酸碱性不方便。例如,人的血液[H+]为0.0000000398mol·L-1,即3.98×10-8 mol·L-1,血液究竟是酸性还是碱性,不容易看清楚。索仑生(Sorensen)首先提出用PH值表示水溶液的酸碱性。 g+9v$[!  
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) u0 BMyH  
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 CvP`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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