电解质溶液

本节导读

这一节讲溶液里的离子平衡：弱电解质只电离一小部分，存在电离平衡；水本身也微弱电离，溶液的酸碱性由氢离子浓度决定；有些盐溶于水后会与水反应，使溶液呈现酸性或碱性，这叫盐类的水解。

在试卷上，选择题常考电离平衡的移动、pH 的比较、盐溶液酸碱性的判断；填空题和计算题常考 pH 的计算、稀释后 pH 的变化、水解方程式的书写。学完这一节，你应该会判断条件改变时电离平衡的移动方向，会算强酸强碱溶液的 pH，会判断盐溶液的酸碱性，并会写水解的离子方程式。

弱电解质的电离

弱电解质在水中只部分电离，已电离的离子与未电离的分子之间存在电离平衡，如醋酸和一水合氨：

$$\mathrm{CH_3COOH\rightleftharpoons CH_3COO^-+H^+},\qquad \mathrm{NH_3\cdot H_2O\rightleftharpoons NH_4^++OH^-}$$CH3​COOH⇌CH3​COO−+H+,NH3​⋅H2​O⇌NH4+​+OH−

电离平衡也遵守勒夏特列原理。以醋酸为例，条件改变时的结果如下：

改变的条件	电离平衡的移动	说明
加水稀释	向电离的方向移动	电离程度增大，但离子浓度减小
加热	向电离的方向移动	电离是吸热过程
加入醋酸钠固体	向生成分子的方向移动	增大了 $\mathrm{CH_3COO^-}$CH3​COO− 的浓度，抑制电离
加入氢氧化钠	向电离的方向移动	$\mathrm{OH^-}$OH− 消耗了 $\mathrm{H^+}$H+

水的电离与溶液的酸碱性

水的离子积

水是极弱的电解质，$\mathrm{H_2O\rightleftharpoons H^++OH^-}$H2​O⇌H++OH−。在一定温度下，水中 $c(\mathrm{H^+})$c(H+) 与 $c(\mathrm{OH^-})$c(OH−) 的乘积是常数，叫水的离子积，$25\,^\circ\mathrm{C}$25∘C 时：

$$K_w=c(\mathrm{H^+})\cdot c(\mathrm{OH^-})=1\times10^{-14}$$Kw​=c(H+)⋅c(OH−)=1×10−14

水的电离吸热，温度升高，$K_w$Kw​ 增大。任何水溶液里都同时有 $\mathrm{H^+}$H+ 和 $\mathrm{OH^-}$OH−，酸溶液里 $\mathrm{OH^-}$OH− 很少但不是零。

溶液的 pH

溶液的酸碱性用 pH 表示，$\mathrm{pH}=-\lg c(\mathrm{H^+})$pH=−lgc(H+)。常温下：$\mathrm{pH}<7$pH<7 为酸性，$\mathrm{pH}=7$pH=7 为中性，$\mathrm{pH}>7$pH>7 为碱性，pH 每相差 1，$c(\mathrm{H^+})$c(H+) 相差 10 倍。例如 $c(\mathrm{H^+})=10^{-3}\,\mathrm{mol/L}$c(H+)=10−3mol/L 的溶液 $\mathrm{pH}=3$pH=3。计算强酸强碱溶液的 pH 要先求 $c(\mathrm{H^+})$c(H+)：

• 一元强酸：$c(\mathrm{H^+})$c(H+) 等于酸的浓度，如 $0.01\,\mathrm{mol/L}$0.01mol/L 的盐酸，$\mathrm{pH}=2$pH=2。
• 强碱：先求 $c(\mathrm{OH^-})$c(OH−)，再用 $c(\mathrm{H^+})=\dfrac{K_w}{c(\mathrm{OH^-})}$c(H+)=c(OH−)Kw​​ 换算，如 $0.01\,\mathrm{mol/L}$0.01mol/L 的 NaOH 溶液，$c(\mathrm{H^+})=10^{-12}\,\mathrm{mol/L}$c(H+)=10−12mol/L，$\mathrm{pH}=12$pH=12。
• 稀释：强酸稀释 $10^n$10n 倍，pH 增大 $n$n（最多接近 7）；弱酸稀释 $10^n$10n 倍，pH 增大不到 $n$n，因为稀释促进电离。

盐类的水解

盐电离出的弱酸根离子或弱碱阳离子，与水电离出的 $\mathrm{H^+}$H+ 或 $\mathrm{OH^-}$OH− 结合生成弱电解质，破坏了水的电离平衡，使溶液呈酸性或碱性，这叫盐类的水解。规律是：有弱才水解，无弱不水解，谁强显谁性，越弱越水解。

盐的类型	例子	溶液的酸碱性
强酸强碱盐	NaCl、$\mathrm{K_2SO_4}$K2​SO4​	中性，不水解
强酸弱碱盐	$\mathrm{NH_4Cl}$NH4​Cl、$\mathrm{FeCl_3}$FeCl3​	酸性
强碱弱酸盐	$\mathrm{CH_3COONa}$CH3​COONa、$\mathrm{Na_2CO_3}$Na2​CO3​	碱性

水解的离子方程式用可逆号，一般程度很小，不写沉淀和气体的符号。多元弱酸的酸根分步水解，以第一步为主：

$$\mathrm{CH_3COO^-+H_2O\rightleftharpoons CH_3COOH+OH^-},\quad \mathrm{NH_4^++H_2O\rightleftharpoons NH_3\cdot H_2O+H^+},\quad \mathrm{CO_3^{2-}+H_2O\rightleftharpoons HCO_3^-+OH^-}$$CH3​COO−+H2​O⇌CH3​COOH+OH−,NH4+​+H2​O⇌NH3​⋅H2​O+H+,CO32−​+H2​O⇌HCO3−​+OH−