水的電離的遷移及應用

文章編號：1005－6629(2008)05－0074－02中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

水是一種極弱的電解質，它能微弱電離生成H3O＋和OH－：2H2O H3O＋+OH－；通常簡寫為：H2O

H＋＋OH－。這種電離方式的本質是“質子(H＋）轉移自電離”。 其中，C（H＋）·C（OH－）=Kw，Kw為一個與溫度有關的常數，叫做水的離子積常數，簡稱為水的離子積。 Kw 是指任意水溶液中的情況， C（H＋）和C（OH－）分別代表溶液中 H＋和OH－的物質的量濃度， 無論酸、堿、鹽溶液，只要溫度不變， Kw始終是一個常數。水的電離是永恒存在的，所以在溶液中H＋和OH－是同時存在的。

水的電離是吸熱過程，所以升高溫度能促進電離，Kw會增大；反之，降溫時Kw會減小。任何溫度時， 液態水中C（H＋）和C（OH－） 都相等。向純水中加入酸或堿時，可以增大水溶液中H＋或OH－的濃度，均可使水的電離平衡逆向移動（即分子化的方向）；若向水中加入活潑金屬，它能與水電離出的H＋反應， 促進水的電離， 使溶液中C（OH－）增大， C（H＋）減小。

其實，有些液態化合物也會像水一樣發生“質子（H＋）轉移自電離”，其特征也與水相同。

例1. 在-50℃時，在液氨中存在平衡2NH3(l)

NH4＋＋NH2－。若平衡時NH2－的濃度為1×10-15mol/L，下列說法正確的是（）

A、在液氨中加入NaNH2，可以使液氨的離子積增大

B、在液氨中加入NH4Cl，可以使液氨的離子積減小

C、此溫度下液氨的離子積為1×10-30

D、在液氨中加入金屬鈉，有NaNH2生成

解析：仔細觀察液氨的電離方程式，不難發現液氨的電離類似于水的電離，均屬于“質子（H＋）轉移自電離”， 其中NH4＋和NH2－分別相當于純水中水電離出的H3O＋和OH－。由此類比推出，液氨的性質應類似于水，如液氨可以與金屬鈉反應生成H2和NaNH2；影響液氨電離平衡的因素也類似于水，如在液氨中加入NaNH2或NH4Cl，均會抑制液氨的電離（類似于向水中加堿或酸），但是液氨的離子積（也應該只是溫度的函數）為常數，此溫度下會恒等于1×10-30。答案為C和D。

例2.實驗證明，液態純硫酸的電離能力強于硝酸，液態純硫酸的導電能力也顯著強于純水。又知，液態純酸都能像水那樣發生“質子（H＋）轉移自電離”，并建立平衡，且在一定溫度下都有自身的離子積常數。據此回答：

（1）純硫酸液態時自身電離的方程式是_____；25℃時，液態純硫酸的離子積常數K(H2SO4)____1×10-14(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（2）在純硫酸和純硝酸的液態混合酸中，存在的陰離子主要是_________，這是因為混合酸中存在著硫酸和硝酸各自電離的兩個平衡，而硫酸的電離能力大于硝酸的緣故。在此條件下，混合酸中必然發生____________反應（用離子反應方程式表示）。

解析： （1）由題目可知，液態純硫酸像水那樣發生“質子（H＋）轉移自電離”，并建立平衡，其電離方程式為2H2SO4 H3SO4＋＋HSO4－，即H2SO4

H＋＋HSO4－。因液態純硫酸的導電能力也顯著強與純水，即液態純硫酸中 C（H＋）、C（HSO4－） 比水中 C（H＋）、C（OH－）大， 故液態純硫酸的離子積常數K(H2SO4)＞1×10-14。

（2）我們知道，水的電離程度強于液氨，在氨水中NH3結合H2O電離的H＋形成NH4＋，溶液中的陰離子主要為OH－。由此類推，因純硫酸的電離能力強于硝酸，故純硫酸和純硝酸的液態混合酸中存在的兩個平衡（即H2SO4 H＋＋HSO4－；2HNO3H2NO3+

＋NO3－）， 應以硫酸電離為主，HNO3將結合H2SO4電離產生的H＋，形成H2NO3＋，存在的陰離子主要是HSO4－。離子反應方程式為：

H2SO4＋HNO3H2NO3+＋HSO4－。

由此可見，在教學當中我們不僅僅要教會學生書本上的知識，更重要的是要培養學生知識遷移應用的能力，遷移應用知識達到舉一反三。在水的電離教學中引用上述兩個題目，能使學生進一步加深對水電離平衡原理的理解。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”