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酸和碱是两类重要的化学物质,人类对酸碱的认识是逐步深R入的。到目前为止,关于酸和碱的理论有四种,它们是阿仑尼乌斯(Arrhenius)提出的酸碱电离理论,布朗斯特(Bronsted)和劳莱(Lowry)提出的酸碱质子理论及路易斯(Lewis)酸碱理论。
酸碱质子理论认为:凡能给出质子的物质称为酸,凡能接受质子的物质称为碱。酸碱可以是分子也可以是离子。中和反应是酸和碱作用生成盐的反应,如:
NaOH+HCl↔NaCl+H2O
在水溶液中,酸形成的水合质子称为水合氢离子,碱形成的是水合氢氧根离子。
H3O++OH-↔2H2O
在任何温度下,水溶液中H3O+和OH-的体积摩尔浓度的乘积是一个常数,即水的离子积常数,[H3O+][OH-]=Kw,Kw随着温度的改变而改变。例如:
25℃时,Kw=1.04×10-14;而100℃时,Kw=58.2×10-14。
上述关于Kw的概念涉及的是纯水中H3O+与OH-的浓度。实验中已发现H3O+浓度在25℃时约为1.0×10-14mol/L。OH-浓度与之相同。因为酸碱离子浓度相同,纯水被认为是中性的。
假定将一滴酸加入到纯水中,H3O+浓度上升,Kw仍为常数((1.04×10-14),但发现OH-的浓度下降了。相反地,如果将1滴碱加入到纯水中,H3O+浓度下降而OH-浓度上升,Kw在25℃时仍为1.04×10-14。
pH值被定义为氢离子浓度的倒数的对数值,也被定义为氢离子浓度的负对数值,如氢离子摩尔浓度为1.0×10-6,就可以简单地表示为pH=6,OH-的摩尔浓度被表示为pOH,pH=6等同于pOH=8。
虽然用pH法表示相对比较简单,但要记住它是一个对数值,改变1个pH单位实际上是H30+浓度改变了10倍。
pH并不一定等于可滴定酸度。强酸(如盐酸、硫酸、硝酸等)在pH值为1时完全解离;有机酸(如柠檬酸、苯甲酸、醋酸、酒石酸等)在水溶液中只有一小部分解离。这可以通过比较0.1moVL的盐酸和醋酸溶液的pH值来得到说明。
HCl↔H++Cl-
CH3COOH↔H++CH3COO-
盐酸在水溶液中完全解离,在25℃时0.1mol/L盐酸的pH值为1.02,而醋酸在25℃时大约只有1%被离子化,其pH值仅为2.89。
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