为什么水合氢离子在水中的pKa是-1.7？
好，咱就来聊聊这个水合氢离子在水里的pKa，为啥是那个1.7，这事儿其实挺有意思的，得从头说起。
首先，咱们得明确一下，我们说的“水合氢离子”通常是指在水中实际存在的形式，它不是孤零零的一个 H⁺，而是和水分子“抱在一起”的。最常见的形象是 H₃O⁺，也就是氧鎓离子（oxonium ion）。当然，现实中它可能还会进一步和水分子结合，形成 H₅O₂⁺、H₇O₃⁺ 这种更复杂的结构，但 H₃O⁺ 是最基本、最常用来代表它的形式。
那么，pKa 是个啥？简单来说，pKa 是衡量一个酸的强弱的指标。酸有一个解离平衡：
酸 ⇌ H⁺ + 碱基
这个平衡的常数就是酸度常数 Ka。Ka 越大，说明酸越容易解离出 H⁺，酸就越强。
pKa 和 Ka 的关系是：
pKa = log₁₀(Ka)
所以，pKa 是一个负值，说明这个酸非常非常容易解离。pKa 值越小，酸性越强。
现在，我们把这个概念套到水合氢离子上。大家可能会想，水合氢离子本身就是 H₃O⁺，它还能往哪儿解离呢？它还能解离出一个 H⁺ 和水分子（H₂O）。所以，这个“酸”就是 H₃O⁺，而它解离出来的 H⁺ 和碱基（在这里就是中性的水分子 H₂O）的反应，我们可以这样写：
H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O
等一下，这里有个小问题。H⁺ 在水里不能单独存在，它会立刻被水分子捕捉，形成 H₃O⁺。所以，如果我们从更基本的角度来看，水合氢离子的形成和反应，其实是水自身的解离和氢离子在水中的行为。
水分子在水中会发生微弱的自偶电离：
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
这里的平衡常数 Kw 是水的离子积，在 25°C 时约为 1.0 x 10⁻¹⁴。
那么，为什么我们要给 H₃O⁺ 一个 pKa 值呢？这其实是一个约定俗成的、为了方便比较不同酸碱强度的用法。当我们说一个物质在水中的 pKa 是多少时，我们是在将它与水这个溶剂进行比较。
更准确地说，我们是在考虑 H₃O⁺ 这个物种作为“酸”的性质。当一个酸（我们称之为 HA）在水中解离时，它释放出 H⁺，这个 H⁺ 会立刻和水分子结合形成 H₃O⁺：
HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻
这里的 Ka 就是 ( [H₃O⁺] [A⁻] ) / ( [HA] [H₂O] )。
但是，如果我们把 H₃O⁺ 看作是一个“原始酸”，它又会做什么呢？它会继续解离出 H⁺ 和 H₂O：
H₃O⁺ ⇌ H₂O + H⁺
然后这个 H⁺ 又会和水分子结合成 H₃O⁺。这个过程听起来有点绕，好像在原地打转。
问题的关键在于，我们习惯上用 H₃O⁺ 来代表水中所有的“酸性”来源。当我们谈论一个酸的 pKa 时，我们是想知道，在一定浓度下，它在水中能提供多少 H₃O⁺。
所以，当科学家们讨论 H₃O⁺ 的 pKa 时，他们实际上是在考虑一个“假想的”酸解离平衡，这个平衡描述了 H₃O⁺ 这个物种作为一个“质子供体”的内在能力。这个“假想的”反应是：
H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O
Ka 也就等于 ( [H⁺] [H₂O] ) / [H₃O⁺]。
但是这里有一个很大的概念上的挑战：
1. H⁺ 在水中的“浓度”是多少？ H⁺ 在水里是极不稳定的，会立刻变成 H₃O⁺。所以，我们很难直接测量 H⁺ 的浓度。通常我们测量的都是 H₃O⁺ 的浓度。
2. [H₂O] 是一个常数吗？ 在稀溶液中，水的浓度大约是 55.5 M (约 1000 g/L ÷ 18 g/mol)。在多数情况下，我们可以认为它是一个相对恒定的值，可以被合并到 Ka 中。
那么，为什么我们会有 H₃O⁺ 的 pKa = 1.7 这个值呢？这其实是根据一系列实验和理论计算推导出来的，用来描述水合氢离子的“酸性”。
一种理解方式是，我们可以把这个 pKa 看作是，当 H₃O⁺ 作为酸进行解离时，它相对于水分子而言的“质子得失能力”。
换一个角度来思考：我们常常会比较不同酸在水中的酸性强度。比如，盐酸 (HCl) 在水中是强酸，它解离后产生 H⁺ 和 Cl⁻。当 HCl 溶解在水中时，它会发生：
HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
这里 HCl 完全解离了，所以其 pKa 极低（在水中，HCl 被认为是“溶剂化质子”，其 pKa 远小于 0）。
那么，H₃O⁺ 的 pKa = 1.7 实际上是在描述，当我们有一个浓度为 1 M 的 H₃O⁺ 溶液时，它“愿意”放出质子的程度。
这个 pKa 的值 (1.7) 表明 H₃O⁺ 是一个非常非常强的酸。比醋酸（pKa 约为 4.76）强得多，甚至比氢氟酸（pKa 约为 3.17）也要强。
那么，为什么水中的质子最终以 H₃O⁺ 的形式存在，而不是更“分散”的 H⁺ 呢？这是因为水分子是极性分子，氧原子上有孤对电子，它们对带正电的质子有很强的吸引力。形成 H₃O⁺ 是一个能量上非常有利的过程。
这个 1.7 的 pKa 值是怎么来的呢？
它不是直接通过一个简单的 H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O 的滴定曲线测出来的，因为 H⁺ 在水里根本稳定不了。这个值更像是通过以下方式确定的：
1. 相对测量： 通过比较不同酸在水中的相对酸性，然后利用已知的酸的 pKa 值进行外推或校准。
2. 溶剂效应和理论计算： 水作为溶剂，它对溶质的酸碱性有很大影响。H₃O⁺ 的 pKa 是在水这个特定溶剂中的一个体现。理论化学家们会使用量子化学计算等方法来模拟 H₃O⁺ 的结构、稳定性和解离能，从而估算出它的酸性强度。
3. “溶剂化质子”的概念： 在非水体系中，我们会讨论溶剂化质子的 pKa。在水中，H₃O⁺ 就是最主要的溶剂化质子形式。当我们将一个“超强酸”（比如高氯酸 HClO₄）溶解在水中时，它会比水更倾向于给出质子，水分子会接受这个质子，形成 H₃O⁺。而 H₃O⁺ 本身，在水这个溶剂里，已经是一种相当“酸性”的物种了。
为什么是 1.7 而不是更低？
这其中包含了很多因素：
H₃O⁺ 的稳定性： H₃O⁺ 是一个相对稳定的物种，它与水分子的结合是一种稳定的相互作用。它不像孤立的 H⁺ 那样“迫切”地需要找到一个碱基来接受它的质子。
水分子的平均碱性： 水分子虽然能够接受质子形成 H₃O⁺，但它本身也是一种弱碱。它的碱性强度限制了 H₃O⁺ 作为酸解离的程度。
溶剂化环境： 水分子会围绕 H₃O⁺ 形成一个溶剂化壳层，这个壳层会影响 H₃O⁺ 的解离行为。
溶剂的极性： 水的高度极性有助于稳定 H₃O⁺ 的形成。
总结一下：
H₃O⁺ 的 pKa 是 1.7，是因为在水这个溶剂中，H₃O⁺ 被定义为最基本的“酸性”物种。这个 pKa 值反映了 H₃O⁺ 相对于中性水分子而言，提供质子的“倾向性”。它是一个非常有用的参考值，帮助我们理解在水溶液中，酸的强度是如何被传递和放大的。
简单来说，它是一个在水体系中，衡量 H₃O⁺ 作为酸的本征强度的指标，尽管这个过程的直接实验测量很复杂，但通过各种间接方法和理论计算，这个数值被确定下来了，并且在化学中被广泛使用。1.7 这个值代表了 H₃O⁺ 是一种非常强的酸，它的存在使得纯水具有一定的酸性。
所以，这个 1.7 不是一个凭空捏造的数字，而是化学家们通过严谨的研究，在这个特定的溶剂（水）中，给 H₃O⁺ 这个在水中无处不在的“酸”赋予的一个量化指标。它让我们能够与其他在水中的酸进行直接比较，了解它们各自的酸性等级。
首先，咱们得明确一下，我们说的“水合氢离子”通常是指在水中实际存在的形式，它不是孤零零的一个 H⁺，而是和水分子“抱在一起”的。最常见的形象是 H₃O⁺，也就是氧鎓离子（oxonium ion）。当然，现实中它可能还会进一步和水分子结合，形成 H₅O₂⁺、H₇O₃⁺ 这种更复杂的结构，但 H₃O⁺ 是最基本、最常用来代表它的形式。
那么，pKa 是个啥？简单来说，pKa 是衡量一个酸的强弱的指标。酸有一个解离平衡：
酸 ⇌ H⁺ + 碱基
这个平衡的常数就是酸度常数 Ka。Ka 越大，说明酸越容易解离出 H⁺，酸就越强。
pKa 和 Ka 的关系是：
pKa = log₁₀(Ka)
所以，pKa 是一个负值，说明这个酸非常非常容易解离。pKa 值越小，酸性越强。
现在，我们把这个概念套到水合氢离子上。大家可能会想，水合氢离子本身就是 H₃O⁺，它还能往哪儿解离呢？它还能解离出一个 H⁺ 和水分子（H₂O）。所以，这个“酸”就是 H₃O⁺，而它解离出来的 H⁺ 和碱基（在这里就是中性的水分子 H₂O）的反应，我们可以这样写：
H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O
等一下，这里有个小问题。H⁺ 在水里不能单独存在，它会立刻被水分子捕捉，形成 H₃O⁺。所以，如果我们从更基本的角度来看，水合氢离子的形成和反应，其实是水自身的解离和氢离子在水中的行为。
水分子在水中会发生微弱的自偶电离：
2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻
这里的平衡常数 Kw 是水的离子积，在 25°C 时约为 1.0 x 10⁻¹⁴。
那么，为什么我们要给 H₃O⁺ 一个 pKa 值呢？这其实是一个约定俗成的、为了方便比较不同酸碱强度的用法。当我们说一个物质在水中的 pKa 是多少时，我们是在将它与水这个溶剂进行比较。
更准确地说，我们是在考虑 H₃O⁺ 这个物种作为“酸”的性质。当一个酸（我们称之为 HA）在水中解离时，它释放出 H⁺，这个 H⁺ 会立刻和水分子结合形成 H₃O⁺：
HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻
这里的 Ka 就是 ( [H₃O⁺] [A⁻] ) / ( [HA] [H₂O] )。
但是，如果我们把 H₃O⁺ 看作是一个“原始酸”，它又会做什么呢？它会继续解离出 H⁺ 和 H₂O：
H₃O⁺ ⇌ H₂O + H⁺
然后这个 H⁺ 又会和水分子结合成 H₃O⁺。这个过程听起来有点绕，好像在原地打转。
问题的关键在于，我们习惯上用 H₃O⁺ 来代表水中所有的“酸性”来源。当我们谈论一个酸的 pKa 时，我们是想知道，在一定浓度下，它在水中能提供多少 H₃O⁺。
所以，当科学家们讨论 H₃O⁺ 的 pKa 时，他们实际上是在考虑一个“假想的”酸解离平衡，这个平衡描述了 H₃O⁺ 这个物种作为一个“质子供体”的内在能力。这个“假想的”反应是：
H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O
Ka 也就等于 ( [H⁺] [H₂O] ) / [H₃O⁺]。
但是这里有一个很大的概念上的挑战：
1. H⁺ 在水中的“浓度”是多少？ H⁺ 在水里是极不稳定的，会立刻变成 H₃O⁺。所以，我们很难直接测量 H⁺ 的浓度。通常我们测量的都是 H₃O⁺ 的浓度。
2. [H₂O] 是一个常数吗？ 在稀溶液中，水的浓度大约是 55.5 M (约 1000 g/L ÷ 18 g/mol)。在多数情况下，我们可以认为它是一个相对恒定的值，可以被合并到 Ka 中。
那么，为什么我们会有 H₃O⁺ 的 pKa = 1.7 这个值呢？这其实是根据一系列实验和理论计算推导出来的，用来描述水合氢离子的“酸性”。
一种理解方式是，我们可以把这个 pKa 看作是，当 H₃O⁺ 作为酸进行解离时，它相对于水分子而言的“质子得失能力”。
换一个角度来思考：我们常常会比较不同酸在水中的酸性强度。比如，盐酸 (HCl) 在水中是强酸，它解离后产生 H⁺ 和 Cl⁻。当 HCl 溶解在水中时，它会发生：
HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
这里 HCl 完全解离了，所以其 pKa 极低（在水中，HCl 被认为是“溶剂化质子”，其 pKa 远小于 0）。
那么，H₃O⁺ 的 pKa = 1.7 实际上是在描述，当我们有一个浓度为 1 M 的 H₃O⁺ 溶液时，它“愿意”放出质子的程度。
这个 pKa 的值 (1.7) 表明 H₃O⁺ 是一个非常非常强的酸。比醋酸（pKa 约为 4.76）强得多，甚至比氢氟酸（pKa 约为 3.17）也要强。
那么，为什么水中的质子最终以 H₃O⁺ 的形式存在，而不是更“分散”的 H⁺ 呢？这是因为水分子是极性分子，氧原子上有孤对电子，它们对带正电的质子有很强的吸引力。形成 H₃O⁺ 是一个能量上非常有利的过程。
这个 1.7 的 pKa 值是怎么来的呢？
它不是直接通过一个简单的 H₃O⁺ ⇌ H⁺ + H₂O 的滴定曲线测出来的，因为 H⁺ 在水里根本稳定不了。这个值更像是通过以下方式确定的：
1. 相对测量： 通过比较不同酸在水中的相对酸性，然后利用已知的酸的 pKa 值进行外推或校准。
2. 溶剂效应和理论计算： 水作为溶剂，它对溶质的酸碱性有很大影响。H₃O⁺ 的 pKa 是在水这个特定溶剂中的一个体现。理论化学家们会使用量子化学计算等方法来模拟 H₃O⁺ 的结构、稳定性和解离能，从而估算出它的酸性强度。
3. “溶剂化质子”的概念： 在非水体系中，我们会讨论溶剂化质子的 pKa。在水中，H₃O⁺ 就是最主要的溶剂化质子形式。当我们将一个“超强酸”（比如高氯酸 HClO₄）溶解在水中时，它会比水更倾向于给出质子，水分子会接受这个质子，形成 H₃O⁺。而 H₃O⁺ 本身，在水这个溶剂里，已经是一种相当“酸性”的物种了。
为什么是 1.7 而不是更低？
这其中包含了很多因素：
H₃O⁺ 的稳定性： H₃O⁺ 是一个相对稳定的物种，它与水分子的结合是一种稳定的相互作用。它不像孤立的 H⁺ 那样“迫切”地需要找到一个碱基来接受它的质子。
水分子的平均碱性： 水分子虽然能够接受质子形成 H₃O⁺，但它本身也是一种弱碱。它的碱性强度限制了 H₃O⁺ 作为酸解离的程度。
溶剂化环境： 水分子会围绕 H₃O⁺ 形成一个溶剂化壳层，这个壳层会影响 H₃O⁺ 的解离行为。
溶剂的极性： 水的高度极性有助于稳定 H₃O⁺ 的形成。
总结一下：
H₃O⁺ 的 pKa 是 1.7，是因为在水这个溶剂中，H₃O⁺ 被定义为最基本的“酸性”物种。这个 pKa 值反映了 H₃O⁺ 相对于中性水分子而言，提供质子的“倾向性”。它是一个非常有用的参考值，帮助我们理解在水溶液中，酸的强度是如何被传递和放大的。
简单来说，它是一个在水体系中，衡量 H₃O⁺ 作为酸的本征强度的指标，尽管这个过程的直接实验测量很复杂，但通过各种间接方法和理论计算，这个数值被确定下来了，并且在化学中被广泛使用。1.7 这个值代表了 H₃O⁺ 是一种非常强的酸，它的存在使得纯水具有一定的酸性。
所以，这个 1.7 不是一个凭空捏造的数字，而是化学家们通过严谨的研究，在这个特定的溶剂（水）中，给 H₃O⁺ 这个在水中无处不在的“酸”赋予的一个量化指标。它让我们能够与其他在水中的酸进行直接比较，了解它们各自的酸性等级。
网友意见
谢邀，题主对化学平衡常数的理解是正确的，这问题被吐槽过很多次了。有机化学教材中因为考虑水的“实际浓度”是55.5mol/L，所以认为25℃下水的pKa=15.7，H₃O⁺的pKa=-1.7，这其实是有问题的。
正常来讲上面这个“反应”平衡常数是1，pKa当然是0.
也就是说即使代入55.5mol/L计算时也会消掉，但早期认为在计算时认为作酸的部分时的活度数值是55.5，做溶剂时是1，这样就约不掉了，也就是说上面这个公式里不同颜色的水不一样，-1.7就这么来了。注意到lg(55.5)≈1.74。
这么做当然是有问题的，当时之所以这么干是因为甲醇pKa=15.54，认为水pKa=14的话岂不是水酸性比甲醇强了？所以想出了“同水不同命”的操作，现在看来没必要。
关于15.7和-1.7这两个奇怪的数据怎么来的，化学史方面的讲解参考：Confusing Quantitative Descriptions of BrønstedLowry AcidBase Equilibria in Chemistry Textbooks – A Critical Review and Clarifications for Chemical Educators
pKa Values in the Undergraduate Curriculum: What Is the Real pKa of Water?
当然有机化学很多时候教的就是传统，知道有的有机化教材认为水的pKa=15.7，H₃O⁺的pKa=-1.7就好了，不要太纠结。对于这种东西只要能自圆其说就好，没必要所有子学科都统一说法。
最后，之前有朋友评论说现在的高中化学教育对“对数”这种“不自然”的东西避而远之，很少讲解，导致很多人对“对数”没感觉，想不通滴定曲线……题主大概也是受害者之一，“10为底的负对数”，如果是1的话那么Ka是0.1啊（必然不是1是0）。
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