第7103章《全红婵儿2000篇化学学霸笔记》

第525章《全红婵儿2000篇化学学霸笔记》

乡村中学的晚自习灯火通明，窗外夜色沉沉，蛙声断断续续从远处田埂飘进教室。人教版化学选择性必修一摊开在课桌之上，书页停留在水的电离和溶液的pH。红婵儿握着铅笔，接续上一节弱电解质电离的内容。上一章明白醋酸、一水合氨会发生可逆电离，可她心里生出一个极易被忽略的疑问，平日里司空见惯的纯水，难道就完完全全以水分子形式存在，不会电离吗？初中课本只讲酸性溶液有氢离子，碱性溶液有氢氧根，那纯水里面，两种离子是不是都存在？为什么常温纯水既不显酸性，也不显碱性？pH数值又是怎样得来的？一个个疑问盘旋在心头。就在她反复研读课本实验数据的时候，一道严谨缜密的意念降临脑海，本次伴读的时空智者是索伦森，pH概念的创立者，把看不见的氢离子浓度转化为简单直观的pH数值，为水溶液酸碱性定量计算搭建起桥梁。

索伦森缓缓道出话语：“不要以为水是绝对静止不变的。哪怕是看起来纯净的清水，水分子之间也在不停解离、重组。氢离子与氢氧根相伴相生，pH就是一把丈量水溶液酸碱性的数字标尺。”

红婵儿把这段话认真誊写在笔记页眉，圈住水的电离、水的离子积Kw、溶液酸碱性、pH、pH测定核心关键词，严格依照人教版课本小节顺序，依次梳理水的电离平衡、水的离子积常数、溶液酸碱性本质、pH定义、pH简单计算、pH的测量方法、外界条件对水的电离平衡的影响，整理高频易错点，再搭配六道典型例题巩固知识点。

课本开篇点明，水是极弱的电解质，会发生微弱可逆电离。电离方程式写作：\ce{H_{2}O <=> H^{+} + OH^{-}}。实际水溶液当中，氢离子并不会单独游离，大多和水分子结合形成水合氢离子\ce{H_{3}O^{+}}，中学做题为书写简便，一般简写为\ce{H^{+}}。

水的电离同样属于动态平衡，具备逆、等、动、定、变全部特征。极少量水分子断裂生成氢离子与氢氧根，同时氢离子、氢氧根又不断重新结合变回水分子，二者速率相等的时候，就达到水的电离平衡。常温纯水中，电离程度十分微弱，只有极少一部分水分子发生解离。

一定温度之下，水达到电离平衡，氢离子平衡浓度与氢氧根平衡浓度的乘积，是一个常数，这个常数叫作水的离子积常数，符号记作\boldsymbol{K_{w}}。

表达式：\boldsymbol{K_{w}=c(\ce{H^{+}})\cdot c(\ce{OH^{-}})}。

红婵儿在笔记上重重标注关键要点。\boldsymbol{K_{w}}只受温度影响，和溶液是酸性、碱性还是中性没有关系，不论是纯水、酸溶液、碱溶液、盐溶液，同一温度下，水溶液当中c(\ce{H^{+}})与c(\ce{OH^{-}})的乘积永远等于该温度下的K_{w}。水的电离属于吸热过程，温度升高，水的电离程度变大，K_{w}数值随之增大。

常温25摄氏度条件下，\boldsymbol{K_{w}=1\times10^{-14}}，这是中学化学最常用的数据。100摄氏度沸水环境，K_{w}=1\times10^{-12}，数值明显变大。很多同学做题习惯直接代入10^{-14}，忽略题目给出高温条件，直接造成整道题目出错。

紧接着学习溶液酸碱性的本质。溶液的酸碱性，根本由溶液之中氢离子浓度、氢氧根浓度的相对大小决定，不是单纯看pH等于7。

常温25℃条件：

中性溶液：\boldsymbol{c(\ce{H^{+}})=c(\ce{OH^{-}})}，c(\ce{H^{+}})=1\times10^{-7}\,\mathrm{mol/L}，pH=7；

酸性溶液：\boldsymbol{c(\ce{H^{+}})>c(\ce{OH^{-}})}，c(\ce{H^{+}})>1\times10^{-7}\,\mathrm{mol/L}，pH＜7；

碱性溶液：\boldsymbol{c(\ce{H^{+}})<c(\ce{OH^{-}})}，c(\ce{H^{+}})<1\times10^{-7}\,\mathrm{mol/L}，pH＞7。

红婵儿特意写下警示：脱离温度，不能拿pH=7当作判断溶液中性的标准。举例子，100℃时K_{w}=1\times10^{-12}，中性溶液c(\ce{H^{+}})=c(\ce{OH^{-}})=1\times10^{-6}\,\mathrm{mol/L}，此时中性溶液pH=6。若是一百摄氏度环境，pH等于7的溶液反而是碱性。判断酸碱性优先比较氢离子、氢氧根浓度相对大小，这是普适标准，不受温度约束。

接下来是pH的定义，由索伦森提出。pH为氢离子浓度的负对数。公式：\boldsymbol{pH=-\lg c(\ce{H^{+}})}。同理还有pOH，\boldsymbol{pOH=-\lg c(\ce{OH^{-}})}。常温25℃水溶液之中，\boldsymbol{pH + pOH=14}。

pH适用范围，一般氢离子浓度介于10^{0}\sim10^{-14}\,\mathrm{mol/L}之间。当氢离子浓度大于1mol/L的时候，一般直接书写氢离子浓度，不再使用pH描述溶液酸碱度。

红婵儿梳理基础简单计算题型，分为强酸、强碱稀溶液基础运算。

强酸溶液，例如盐酸，强酸完全电离，氢离子直接由酸电离提供，代入pH公式计算。

强碱溶液，例如氢氧化钠，强碱完全电离，先算出氢氧根浓度，借助K_{w}换算氢离子浓度，再求pH，切记不能直接拿氢氧根浓度代入pH公式。

然后分析外界条件，如何影响水的电离平衡，依旧套用勒夏特列原理，以\ce{H_{2}O <=> H^{+} + OH^{-}}为分析对象。

第一，温度。水的电离吸热。升温，水的电离平衡正向移动，促进水的电离，K_{w}增大；降温平衡逆向移动，抑制水的电离，K_{w}减小。

第二，加入酸。酸电离释放大量氢离子，溶液中c(\ce{H^{+}})增大，平衡逆向移动，抑制水的电离。此时溶液里面氢氧根离子全部来自于水的电离。

第三，加入碱。碱电离释放大量氢氧根，c(\ce{OH^{-}})增大，平衡逆向移动，抑制水的电离，溶液当中氢离子全部来自水的电离。

第四，加入可水解的盐，会促进水的电离，这部分内容留到下一章盐类水解详细展开。

索伦森提示：酸、碱会抑制水的电离，不要误以为酸溶液里面就不存在水电离的离子，酸溶液依然有水的电离，只是被抑制，水电离出来的离子浓度数值变得很小。

之后学习pH的测定方法，课本一共介绍三种手段。

第一种，pH试纸。操作要点：取一小块pH试纸放在洁净干燥的玻璃片或者表面皿上，用干燥洁净玻璃棒蘸取待测液点在试纸中部，待试纸显色稳定之后，和标准比色卡对照读取pH数值。注意：pH试纸不能用水预先润湿，润湿相当于稀释待测液，带来读数误差；普通pH试纸只能够读出整数，无法读取小数。

第二种，酸碱指示剂。依靠指示剂颜色变化粗略判断pH区间。常见指示剂：石蕊，变色范围5.0‑8.0，酸红碱蓝中紫；酚酞，变色范围8.2‑10.0，遇碱变红；甲基橙，变色范围3.1‑4.4，红橙黄。指示剂只能够确定酸碱度大致区间，得不到精确pH数字。

第三种，pH计，又叫酸度计，可以精确测量溶液pH，能够读出小数点后一位乃至更多位，精确度最高。

红婵儿逐条记录试纸操作常见错误：试纸浸泡入待测液、试纸提前润湿、玻璃棒沾水、直接手拿试纸，这些操作都会造成实验误差。

整理本节高频易错清单，把考试高频陷阱一一罗列出来。

1. K_{w}只和温度有关，酸、碱、盐溶液，同一温度K_{w}不变；温度升高，K_{w}变大。做题看清题目温度，不要直接默认25℃，固定代入10^{-14}。

2. 判断溶液酸碱性，优先对比c(\ce{H^{+}})与c(\ce{OH^{-}})相对大小。pH=7为中性，仅仅是常温25℃下的结论，高温条件不再成立。

3. 酸、碱溶液当中，水依旧会发生电离，只是电离被抑制。酸溶液中\ce{OH^{-}}全部来自水的电离；碱溶液中\ce{H^{+}}全部来自水的电离。

4. pH计算公式pH=-\lg c(\ce{H^{+}})，计算强碱pH，必须先借助K_{w}换算氢离子，不能拿氢氧根直接代入。

5. pH试纸不能润湿，润湿会稀释待测溶液；普通pH试纸读数只有整数，测不出小数。

6. pH适用范围有限，氢离子浓度大于1mol/L，直接写浓度，不用pH。

7. 水的电离平衡同样服从勒夏特列原理，加酸加碱抑制水电离，升温促进水电离。

清单整理完毕，六道典型例题完整推演，理清做题思路。

第一题 判断正误：pH等于7的溶液一定是中性溶液。答案：错误。没有指明温度，高温条件pH=7溶液显碱性。

第二题 常温25℃，0.01mol/L盐酸溶液，求溶液pH。解析：强酸完全电离c(\ce{H^{+}})=0.01\,\mathrm{mol/L}，pH=2。

第三题 常温，0.01mol/L氢氧化钠溶液，求pH。解析：c(\ce{OH^{-}})=0.01\,\mathrm{mol/L}，利用Kw算出c(\ce{H^{+}})=10^{-12}，pH=12。

第四题 判断：在100℃环境，纯水pH=6，所以纯水显酸性。答案：错误。100℃纯水中c(\ce{H^{+}})=c(\ce{OH^{-}})，依旧是中性。

第五题 常温，某酸溶液，由水电离出的c(\ce{OH^{-}})=10^{-11}\,\mathrm{mol/L}，分析水的电离被促进还是抑制。解析：加酸抑制水的电离，水电离的氢氧根浓度远小于10^{-7}，属于被抑制。

第六题 使用pH试纸测醋酸pH，事先把试纸用水润湿，测出pH会偏大还是偏小。解析：润湿稀释醋酸，氢离子浓度下降，pH测量结果偏大。每道题旁边标注陷阱，写下容易混淆的错解。

晚自习时间静静流淌，教室只有笔尖摩挲纸张沙沙声响，窗外远处农家灯火星星点点。红婵儿放下手中铅笔，心中生出真切感悟。从前我简单以为，只有酸才会产生氢离子，只有碱才产生氢氧根。学习水的电离之后才懂得，哪怕是纯水，两种离子同时共存。酸溶液里面不是没有氢氧根，碱溶液也不是没有氢离子，只是二者浓度一大一小，分出酸性碱性。K_{w}是这一章的枢纽，不管溶液里面混入什么溶质，温度不变，氢离子与氢氧根的乘积恒定不变。很多同学做计算题，上来就套pH=7、pH+pOH=14，全然忽略题目给出高温条件，直接掉进出题人设置的陷阱。一定要记住，相对浓度大小才是酸碱性的本质，pH只是25摄氏度之下方便我们使用的数字工具。这一节承接弱电解质电离，又为后面盐类水解、酸碱中和滴定做好铺垫，水溶液模块的计算题，大多绕不开水的离子积与pH运算。

索伦森留下收尾的哲思落在笔记页面最底端：肉眼看不见微小离子的起落，但是我们可以创造数字标尺，把无形的微观世界，转化成可以读取、可以计算的现实。

红婵儿小心把写满推导与笔记的纸页抚平，将厚厚的笔记本放回课桌那叠2000篇化学学霸笔记当中。

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