滴定曲線中水的電離程度的定量認(rèn)識(shí)

柳先美

(廣東省廣州市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 510375)

近些年的全國(guó)高考卷中，有一道選擇題是考查水溶液中離子平衡的一些知識(shí)點(diǎn)，涉及到溶液溶質(zhì)的判斷、K值的計(jì)算、濃度大小的比較、水的電離程度大小的比較.從平時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看，這一題的得分率偏低的，說(shuō)明學(xué)生在該知識(shí)點(diǎn)的理解和認(rèn)識(shí)上還是比較困難的.

根據(jù)該知識(shí)點(diǎn)的屬性和筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，建議教學(xué)中能夠抓住溶質(zhì)微粒這個(gè)基本的化學(xué)核心素養(yǎng)的微粒觀，分析出每個(gè)狀態(tài)下的溶質(zhì)，通過(guò)適當(dāng)?shù)亩坑?jì)算，以數(shù)據(jù)再結(jié)合圖像曲線呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)全面、深刻的認(rèn)識(shí).有助于學(xué)生吃透該知識(shí)點(diǎn)，提高得分率.

一、水的電離

水是一個(gè)極弱的電解質(zhì)，在常溫的情況下，c水(H+)=c水(OH-)=1×10-7，所以Kw=c水(H+)·c水(OH-)=1×10-14(這里在濃度c右下角加上水，表示由水電離產(chǎn)生的離子).水的電離存在平衡，就會(huì)受到一些離子的影響.水的電離程度關(guān)鍵在于求出c總(H+)、c總(OH-)和c水(H+)、c水(OH-)，同時(shí)必須搞清他們的關(guān)系，不能混淆.

二、水的電離的促進(jìn)與抑制

表1 不同溶液中水的電離

注：常溫下

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，酸堿中算“小的”，水解鹽算“大的”，還可以得到下面幾點(diǎn)規(guī)律：

①常溫下水溶液中，c水(H+)=c水(OH-)=1×10-7水的電離不被抑制也不被促進(jìn).

②c水(H+)=c水(OH-)<1×10-7水的電離被抑制；c水(H+)=c水(OH-)>1×10-7水的電離被促進(jìn).

③pH相加等于14的酸和堿，抑制程度相等，pH相加等于14的鹽，促進(jìn)程度相等.

④c水(H+)越小，水的電離越被抑制；c水(H+)越大，水的電離越被促進(jìn)，但溶液的pH都是越遠(yuǎn)離7的.

詳細(xì)的關(guān)系可以看圖1.

圖1

三、中和滴定曲線中各個(gè)點(diǎn)水的電離程度情況

以這樣一個(gè)題目來(lái)分析中和滴定曲線中水的電離程度.

常溫下，向20mL 0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中加入0.1mol·L-1的NaOH溶液的滴定曲線如圖2所示.

圖2

當(dāng)溶質(zhì)是純CH3COONa溶液的時(shí)候，水的電離程度是最大的.左極限VNaOH=0mL時(shí)，純CH3COOH溶液水的電離被抑制.右極限VNaOH無(wú)限大時(shí)是NaOH溶液，水的電離是被抑制.因此，在這個(gè)左極限與最高點(diǎn)之間，有一個(gè)點(diǎn)水的電離既不被抑制也不被促進(jìn)；最高點(diǎn)和右極限之間也有一個(gè)點(diǎn)水的電離既不被抑制也不被促進(jìn).

這兩個(gè)點(diǎn)的溶質(zhì)是什么，溶液的酸堿性以及橫坐標(biāo)是多少，這是常考的一個(gè)難點(diǎn).可以先分析清楚曲線上每一個(gè)點(diǎn)的溶質(zhì)是什么，如圖3所示，左極限點(diǎn)①是純CH3COOH，抑制水的電離；最高點(diǎn)⑤是純CH3COONa，促進(jìn)水的電離.再以這兩個(gè)點(diǎn)為參考，一定有一個(gè)點(diǎn)④水的電離既不被促進(jìn)也不被抑制，這個(gè)點(diǎn)④是少量CH3COOH和過(guò)量CH3COONa的混合溶液，且溶液pH=7，CH3COOH抑制水的電離與CH3COONa促進(jìn)水的電離相互抵消，既不抑制也不促進(jìn)水的電離.同理，也有⑦水的電離既不被促進(jìn)也不被抑制，這個(gè)點(diǎn)⑦是NaOH和CH3COONa的混合溶液，NaOH抑制水的電離與CH3COONa促進(jìn)水的電離相互抵消，既不抑制也不促進(jìn)水的電離，但溶液pH>7.

點(diǎn)③是等量的CH3COOH和CH3COONa，CH3COOH電離大于CH3COONa的水解，所以是抑制水的電離；點(diǎn)②靠近點(diǎn)①是過(guò)量CH3COOH和少量CH3COONa的混合溶液，抑制水的電離； 點(diǎn)⑥溶質(zhì)中NaOH較多，水的電離被抑制.

圖3

通過(guò)計(jì)算可以得到點(diǎn)④和點(diǎn)⑦的V(NaOH).

點(diǎn)④，電荷守衡：c(Na+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-)，c(H+)=c(OH-)，所以

c(CH3COO-)+c(CH3COOH)

解得Vx=19.8mL

點(diǎn)⑦，CH3COONa的促進(jìn)等于NaOH的抑制，可以近似認(rèn)為CH3COONa水解產(chǎn)生的c(OH-)與NaOH電離產(chǎn)生的c(OH-)相等.

根據(jù)數(shù)據(jù)可以得知，兩個(gè)點(diǎn)④和⑦都與點(diǎn)⑤極其靠近，特別是點(diǎn)⑦的Vy=(20+3.38×10-7)mL≈20mL，并沒(méi)有什么意義.

該文通過(guò)圖表結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算的形式，清晰的呈現(xiàn)了中和滴定過(guò)程中水的電離變化的情況.通過(guò)這些形象的圖表和具體的數(shù)據(jù)，可以幫助學(xué)生更深層次的認(rèn)識(shí)水的電離這個(gè)知識(shí)點(diǎn).