水的離子積和溶液的pH值(離子積,PH值,應(yīng)用)

　　二、溶液的PH值

　　在純水或中性溶液中，25℃時(shí)

　　當(dāng)向水中加入酸時(shí)，溶液中[H+]就會(huì)增大，設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)該溶液的[H+]為1.0×10-2mol·L-1,因[H+][OH-]=1.0×10-14,則

可見,在酸性溶液中,[H+]＞1.0×10-7 mol·L-1,而[OH-]＜1.0×10-7 mol·L-1.

　　如果向純水中加入堿時(shí),溶液中[OH-]就會(huì)增大,設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)該溶液的[OH-]為1.0×10-2mol·L-1,同理計(jì)算出[H+]=1.0×10-12 mol·L-1�？梢�,在堿性溶液中[OH-]＞1.0×10-7mol·L-1,而[H+]＜1.0×10-7 mol·L-1。由上述三種情況可知：

　　在純水或中性溶液中　[H+]=1.0×10-7 mol·L-1=[OH-]

　　在酸性溶液中[H+]＞1.0×10-7 mol·L-1＞[OH-]

　　在堿性溶液中[H+]＜1.0×10-7 mol·L-1＜[OH-]

　　當(dāng)然，[H+]或[OH-]都可用來表示溶液中的中性、酸性或堿性，但實(shí)際應(yīng)用中多采用[H+]來表示。但是，在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)上許多重要溶液的[H+]往往是一個(gè)很小的數(shù)值，而且?guī)в胸?fù)指數(shù)，用[H+]表示溶液的酸堿性不方便。例如，人的血液[H+]為0.0000000398mol·L-1,即3.98×10-8 mol·L-1,血液究竟是酸性還是堿性,不容易看清楚。索侖生（Sorensen）首先提出用PH值表示水溶液的酸堿性。

　　溶液的PH值是氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值。

　　它的數(shù)學(xué)表示式為：pH=-lg[H⁺]

　　即 　　　　　[H⁺]=10-^pH（3-3）嚴(yán)格地說，考慮活度時(shí)：

　Pα+=lgαH+ （3-4）

　　必須注意，PH值每相差一個(gè)單位時(shí)，其[H+]相差10倍；PH值相差二個(gè)單位時(shí)，[H+]相差100倍；依此類推。

　　用PH值表示稀的水溶液的酸堿性，則有“

　　在純水或中性溶液中， [H+]=1.0×10-7 mol·L-1　PH=7

　　在酸性溶液中，　[H+]＞1.0×10-7 mol·L-1　PH＜7 ，PH越小，則酸性越強(qiáng)。

　　在堿性溶液中， [H+]＜1.0×10-7 mol·L-1 PH＞7，PH越大，則堿性越強(qiáng)。

　　和PH相仿，[OH-]和KW也可用它們的負(fù)對(duì)數(shù)來表示，即

　　pOH=-lg[OH^-] （3-5）

pK_w=-lgK_w （3-6）

　　由于在25℃時(shí)，[H+][OH-]=KW =1.0×10-14

　　將方程兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)，則得

-lg[H⁺]-lg[OH^-]=-lgK_w=-lg1.0*10^-14

　　所以

　　pH+pOH=pK_w=14 (3-7)

　　水溶液中[H+]，[OH-]，PH，POH值與溶液酸堿性的關(guān)系如表3-2。

表3-2 [H+]，[OH-]，PH，POH值與溶液酸堿性的關(guān)系

[H+]	100	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12	10-13	10-14
PH	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
酸堿性	酸性逐漸增強(qiáng)性　　堿性逐漸增強(qiáng)
POH	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
[OH-]	10-14	10-13	10-12	10-11	10-10	10-9	10－8	10－7	10－6	10－5	10－4	10－3	10－2	10－1	100

　　在實(shí)際應(yīng)用中，PH值一般只限于0-14范圍內(nèi)。當(dāng)　[H+]或[OH-]大于（即100）時(shí)，就不再采用PH值，而仍用[H+]或[OH-]表示溶液的酸堿性。

　　必須注意，用PH值表示的是溶液的酸度或有效酸度而不是酸的濃度。酸度或有效酸度是指溶液中H+濃度，嚴(yán)格地說是指H+的活度，是指已離解部分酸的濃度。酸的濃度也稱總酸度或分析濃度，它是指在1升溶液中所含酸的物質(zhì)的量，包括已離解和未離解兩部分酸的總濃度，其大小要用滴定分析來確定。酸度或有效酸度則用PH試紙或PH計(jì)來測(cè)定。潛在酸度是指未離解部分的濃度，即總酸度與有效酸度之差。例如，0.01mol·L-1HCL和0.01 mol·L-1HOAc的濃度相同,但有效酸度不同。0.01 mol·L-1HCL溶液總酸度為0.01mol·L-1,其有效酸度[H+]也是相同數(shù)值,25℃時(shí),總酸度為0.01 mol·L-1的HOAc溶液,其有效酸度[H+]則僅為4.2×10-4mol·L-1。

　　例1 分別求出0.1mol.L^-1　HCl溶液和0.01mol.L^-1 HOAc溶液的pH值，已知其[H⁺]分別為0.01mol.L^-1和4.2*10^-4mol.L^-1。

　　解：HCl溶液的pH=-lg0.01=-lg10^-2=2.0

HOAc溶液的pH=-lg(4.2*10^-4)

=[0.62+(-4)]

=3.38

　　例2　已知某溶液的pH=4.60,計(jì)算該溶液的氫離子濃度。

解：-lg[H⁺]=pH=4.60

lg[H⁺]=4.60=-5+0.40=5.40

　　查0.4的反數(shù)為2.512，故

[H⁺]=2.512*10^-5mol.L^-1

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