师:同学们,今天我们一起来学习高二 2019 人教版化学选择性必修一第三章第二节“水的电离和溶液的 pH”中的水的电离部分。希望通过本节课,大家能掌握以下知识:一是知道水是一种弱电解质,外界条件会影响其电离平衡的移动;二是理解水的离子积常数不仅适用于纯水,也适用于稀的电解质溶液;三是通过对水的离子积常数的分析,培养运用弱电解质的电离模型分析水的电离,并发展应用模型解决问题的能力。
首先,我们一起复习上节课的一个概念——电离平衡常数。弱电解质在水溶液中存在电离平衡,在一定条件下,弱电解质的电离达到平衡时,弱电解质电离出的各离子浓度的乘积跟溶液中未电离分子的浓度的比值是一个常数,这个常数叫做电离常数,用 (K) 表示。以醋酸为例, (K = \frac{[H^{+}][CH_{3}COO^{-}]}{[CH_{3}COOH]}) 。 (K) 只受温度影响,与溶液浓度无关, (K) 值越大,表示该弱电解质越容易电离。
在水溶液中,酸、碱和盐全部或部分以离子形式存在。请同学们思考,其中的溶剂水是全部以分子形式存在,还是部分以离子形式存在呢?水是强电解质还是弱电解质呢?怎样验证你的猜想?大家可以思考一下,我们可以用精确的纯水导电实验来证明水的电离情况。
方法一,用灵敏电流表测定水的导电性。实验如下,在正常灯泡可亮的电路中加入纯水介质,灯泡不亮,这说明纯水不导电或导电能力很弱,可能是灯泡不够灵敏。再将灯泡换成灵敏的电流表,请同学们观看视频。我们打开电源调大电压,可以看到电流表指针偏转,但幅度不大,这说明纯水能导电,但导电能力弱。由此我们可以得出结论:水是一种弱电解质,能发生微弱的电离。
我们也可以利用手持技术测定,水的电导率越大,说明越容易导电。图中水质检测笔的示数是 2,远远小于盐水的示数,同样可以证明水是弱电解质。精确的导电性实验表明,纯水绝大部分以水分子的形式存在,但其中也存在着极少量的水合氢离子和氢氧根离子,这表明水是一种极弱的电解质,能发生微弱的电离。电离方程式可表示为: (H_{2}O + H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+} + OH^{-}) ,氢离子为裸露的质子,不稳定,容易与水结合,形成水合氢离子,水合氢离子一般简写为 (H^{+}) ,所以水的电离可简写为 (H_{2}O\rightleftharpoons H^{+} + OH^{-}) 。
那么,请同学们思考如何衡量水的电离限度呢?我们可以通过上节课所学的电离平衡常数表达式来表述。水的电离常数 (K_{电离}=\frac{[H^{+}][OH^{-}]}{[H_{2}O]}) 。同学们注意,纯水的密度是 1 克每立方厘米,1 升纯水的质量是 1 千克,物质的量约为 55.6 摩尔。经实验测得,25 度时发生电离的水只有 (1\times10^{-7}) 摩尔。两者对比,水的电离的量太小,可以忽略不计,因此电离前后水的物质的量几乎不变,所以水的浓度可以视为常数。为了方便计算,将等式两边同时乘以水的浓度,等式左边就变成了水的电离常数乘以水的浓度,常数乘以常数必然为一个新的常数,我们用 (K_{w}) 来表示,即为水的离子积常数,简称水的离子积。
