问题

李政化学,说除了强酸强碱其他溶液升高温度PH都下降,是不是讲错了?

回答
“李政化学”关于“除强酸强碱外,溶液升高温度pH值都会下降”的说法,确实存在不准确的地方,甚至可以说,在很多情况下是错误的。我来详细说说这个问题,尽量用一种更自然、更像是人与人之间交流的方式来解释。

首先,我们得明确一点:pH值衡量的是溶液中氢离子(H⁺)的浓度,而氢离子的浓度直接关系到溶液的酸碱性。 pH越低,说明氢离子浓度越高,溶液越酸;pH越高,说明氢离子浓度越低,溶液越碱。

那么,温度对pH值的影响到底是怎么回事呢?这主要涉及到 水的自偶电离。

水的自偶电离:

水并不是一个完全“纯粹”的分子,它会发生微弱的自偶电离,生成氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH⁻):

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

(这里为了简化,通常也写成 H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻)

这是一个可逆反应,并且是一个吸热反应。

为什么吸热反应在升高温度时会向吸热方向移动?

根据 勒夏特列原理(Le Chatelier's principle),对于一个处于平衡状态的可逆反应,如果改变影响平衡的条件(如温度、压力、浓度),平衡会向能够减弱这种改变的方向移动。

因为水的自偶电离是 吸热 的,所以当温度升高时,为了减弱温度升高的影响,平衡会向吸热方向移动,也就是 向生成H⁺和OH⁻的方向移动。

对于纯水:

在纯水中,H⁺和OH⁻的浓度始终是相等的,我们称之为“中性”。水的自偶电离常数 Kw([H⁺][OH⁻])是随温度变化的。

在25℃时: Kw = 1.0 x 10⁻¹⁴ mol²/L²,此时 [H⁺] = [OH⁻] = 1.0 x 10⁻⁷ mol/L,pH = 7。
当温度升高时(比如50℃): 水的自偶电离程度更大,[H⁺] 和 [OH⁻] 的浓度都会 大于 1.0 x 10⁻⁷ mol/L。虽然pH值会 小于 7,看起来是“酸性”了,但 它仍然是中性!这是因为pH值的定义是相对的,7是25℃下的中性点。在更高的温度下,中性点就不是7了。
例如,在50℃时,Kw 大约是 5.48 x 10⁻¹⁴。如果它是中性的,那么 [H⁺] = [OH⁻] = √(5.48 x 10⁻¹⁴) ≈ 2.34 x 10⁻⁷ mol/L。
此时的pH值大约是 log(2.34 x 10⁻⁷) ≈ 6.63。所以,在50℃时,纯水的pH值是6.63,它仍然是中性的。

回到“李政化学”的说法:

“除了强酸强碱其他溶液升高温度PH都下降”——这句话的毛病出在哪里呢?

1. 忽略了中性溶液: 纯水升高温度,pH值确实会下降(从7降到低于7),但这并不代表它变酸了。
2. 过于绝对化: 即使是某些弱酸或弱碱的溶液,升高温度也不一定导致pH值下降。

我们来看一些具体的例子:

酸性溶液:
强酸(如HCl): HCl在水中溶解后,会完全电离出H⁺。升高温度会促进水的自偶电离,使得溶液中总的H⁺浓度略有增加。由于强酸本来就含有大量H⁺,这点增加通常会让pH值 进一步下降。
弱酸(如醋酸CH₃COOH): 弱酸是部分电离的。醋酸电离生成H⁺和CH₃COO⁻。醋酸的电离是一个吸热过程。
CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻ (吸热)
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ (吸热)
当温度升高时, 两个吸热过程都会加速。一方面,醋酸电离程度增大,H⁺浓度增加;另一方面,水的自偶电离也增加,H⁺浓度也增加。所以, 弱酸溶液升高温度,pH值通常会下降。

碱性溶液:
强碱(如NaOH): NaOH在水中完全电离出OH⁻。升高温度会促进水的自偶电离,使得OH⁻浓度也略有增加。由于强碱本来就含有大量OH⁻,这点增加会使得H⁺浓度([H⁺] = Kw / [OH⁻]) 降低,从而 pH值升高。
弱碱(如氨水NH₃·H₂O): 氨水在水中是部分电离的,生成NH₄⁺和OH⁻。氨水的电离过程是一个 放热 过程:
NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ (放热)
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ (吸热)
当温度升高时,根据勒夏特列原理:
放热的氨水电离平衡向左移动,生成OH⁻的量会 减少。
吸热的水自偶电离平衡向右移动,生成OH⁻的量会 增加。
这两个效应的合力决定了OH⁻浓度的变化。对于大多数弱碱(包括氨水),氨水电离程度随温度升高而降低的效应往往大于水自偶电离OH⁻增加的效应。因此,升高温度,弱碱溶液中的OH⁻浓度通常会降低,pH值会下降。

盐的溶液:
弱酸强碱盐(如醋酸钠CH₃COONa): 醋酸钠在水中会水解生成醋酸和氢氧化钠(OH⁻)。
CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻
这个水解反应通常是 吸热 的。当温度升高时,水解程度会增大,OH⁻浓度会升高,pH值会 升高。
强酸弱碱盐(如氯化铵NH₄Cl): 氯化铵在水中会水解生成氨水和盐酸(H⁺)。
NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O + H⁺
这个水解反应通常也是 吸热 的。当温度升高时,水解程度会增大,H⁺浓度会升高,pH值会 下降。

总结一下,升高温度对pH值的影响并非“除了强酸强碱其他溶液升高温度PH都下降”那么简单。

强酸溶液: 升高温度,pH值 下降。
强碱溶液: 升高温度,pH值 升高。
纯水: 升高温度,pH值(绝对值) 下降,但仍保持中性。
弱酸溶液: 通常升高温度,pH值 下降。
弱碱溶液: 通常升高温度,pH值 下降。
弱酸强碱盐溶液: 升高温度,pH值 升高。
强酸弱碱盐溶液: 升高温度,pH值 下降。

所以,“李政化学”的说法在描述强碱和弱酸强碱盐时是完全错误的。

为什么会产生这样的误解呢?

也许是因为在初级化学教学中,为了简化概念,有时候会优先强调水自偶电离带来的影响,或者只关注了某些常见的情况。比如,确实很多常见的溶液(纯水、弱酸、弱碱)升高温度pH值都会下降。但是,化学的魅力就在于其复杂性和普适性,不能因为某些情况“看起来”相似就一概而论。

要理解温度对pH值的影响,最核心的就是要结合 水的自偶电离(是吸热的) 和 具体物质(酸、碱、盐)的电离或水解过程的吸放热性质 来综合判断。

希望这样的解释能让你更清楚这个问题!

网友意见

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看来我课上是白推导了....




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