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怎么理解往冰醋酸里加水,溶液pH的变化? 第1页

  

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在该问题的讨论中,我们要提到两个关键的概念:

  1. pH的定义
  2. 质子自递反应(Autoprotolysis)


  1. pH的定义

pH的定义最早于1909年由丹麦化学家瑟伦·索伦森(S. P. L. Sørensen)提出[1]——pH用来描述溶液的酸碱性,就是水溶液中氢离子浓度的自然对数的负数。

随着研究体系的越来越多,非水溶剂也日益重要。而对于非水溶剂中的反应,也需要描述酸碱性这种性质——所以pH也在非水溶剂中应用。可是,在其他非水溶剂中是否存在氢离子呢?

实际上,在水溶液中也并不是裸露的氢离子,而是水合氢离子( );而在其他的非水溶剂中也是溶剂合氢离子。这时候让我们引入第二个概念——质子自递反应(Autoprotolysis)。

2. 质子自递反应(Autoprotolysis)

质子自递反应(autoprotolysis)是指氢离子在两个相同分子之间转移的现象,其中一个是布朗斯特酸,释放质子,另一个是布朗斯特碱,接受质子[2]。例如在水的电离中,水就产生了质子自迁移反应:

这也是为什么纯水中也有氢离子和氢氧根离子;而这个反应的平衡常数等于 ,意味着中性水溶液中 ,这也是为什么纯水溶液的pH等于7

相应的,对于其他的非水溶剂,比如说乙醇、冰醋酸等,甚至无水硫酸,都有这样的反应[1]

乙醇;

冰醋酸;

无水硫酸;

那么在这些非水溶剂中,pH的定义则是把水合氢离子替换成相应的溶剂合氢离子。那么对于纯的冰醋酸来说,就是 的浓度,其pH应该是等于7.2的

所以往冰醋酸中加水的这个过程,我们可以分成两个阶段——

第一个阶段:随着水的加入,溶液逐渐从非水溶液变成水溶液;此时pH会从最初的7.2大幅度降低。这样的pH改变的本质原因是,pH的定义方法的改变——从 的浓度变成 的浓度。

第二个阶段:随着更多水的加入,pH的定义不变,但是醋酸的浓度降低,所以使得pH升高,直至最终接近中性(pH=7)。

至此,我已经解释完毕了你们讲义上的图像。不过我需要指出,最初的 时的pH值应该等于7.2的

参考

  1. ^abS. Głąb, M. Maj-Żurawska, A. Hulanicki, pH☆, Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering, Elsevier, 2013, ISBN 9780124095472 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.00401-7
  2. ^ https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E5%AD%90%E8%87%AA%E9%81%B7%E7%A7%BB%E5%8F%8D%E6%87%89



  

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