【水的电离平衡】
水在任何温度下都会发生微弱的电离,生成氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-),这一过程称为水的自偶电离。水的电离平衡可以用以下方程式表示:
\[ H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^- \]
水的离子积常数(Kw)是衡量水的电离程度的参数,它等于溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度的乘积。在标准温度25℃时,Kw的值大约是10^-14。然而,随着温度升高,水的电离程度增加,因此Kw的值会增大。
【酸碱中和反应与溶液酸碱性判断】
酸碱中和反应是酸和碱按一定比例反应生成水和盐的过程。例如,一元酸HA与一元碱BOH反应生成盐B+和A-,以及水H2O。判断溶液是否呈中性,不能简单地依据酸和碱的浓度相等或溶液的pH值等于7,因为这些条件在不同温度下并不总是适用。正确的判断方法是看溶液中氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)的浓度是否相等。如果c(H+) = c(OH-),则溶液为中性,即使在非标准温度下也是如此。
【水的电离与酸碱度的关系】
在pH=11的溶液中,可能是强碱如NaOH抑制了水的电离,导致溶液中大部分OH-来自碱,而H+几乎全部由水电离。若为弱碱,OH-部分来源于碱的电离,部分来源于水的电离。同样,pH=2的溶液可能是强酸抑制水的电离,而pH=14的溶液则意味着大量OH-,可能是强碱或是弱酸盐。当两种不同pH的溶液混合时,要考虑它们各自的酸碱强度和浓度来预测混合后的pH值。
【弱酸弱碱的电离特点】
对于弱酸如醋酸(CH3COOH)和弱碱如氨水(NH3·H2O),它们在水中只部分电离,电离程度受浓度和温度影响。稀释会促进弱电解质的电离,而添加其对应的离子会抑制电离。例如,向氨水中加入NH4Cl,由于NH4+的存在,会抑制NH3·H2O的电离,使得溶液pH下降。
【酸碱反应与氢气生成】
与铝(Al)反应时,无论是强酸还是弱酸,都能放出氢气。但若酸是多元强酸,生成氢气的量可能不如一元弱酸多。这是因为弱酸在溶液中部分电离,其摩尔浓度大于其氢离子浓度,因此在相同体积下,弱酸能提供更多的氢离子用于与铝反应生成氢气。此外,如果酸的体积大于NaOH溶液,即使酸的浓度较低,其生成的氢气总量也可能多于NaOH。
【溶液的pH变化】
加热溶液时,水的电离平衡正向移动,Kw增大。对于强电解质如氯化钠,加热不会改变溶液的pH;而对于强碱如氢氧化钾,加热会导致溶液的pH减小,因为水的电离被促进,相对增加了H+的浓度;强酸如硫酸,由于酸本身不随温度变化而电离,所以pH基本不变;而硫酸铵这样的弱酸盐,加热会促进铵根离子水解,使溶液pH略有降低。
理解水的电离平衡、酸碱中和反应、弱酸弱碱的特性以及酸碱反应对溶液pH的影响,是高考化学的重要知识点,对于解决涉及这些概念的问题至关重要。