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== 一、水的离子积==

水是一种既能释放质子也能接受质子的两性物质。水在一定程度上也微弱地离解，质子从一个水分子转移给另一个水分子，形成H3O+和OH-。

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达到平衡时，可得水的离解常数Ki

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或［H<sub>2</sub>O<sup>+</sup>］［OH<sup>-</sup>］=K<sub>1</sub>［H<sub>2</sub>O］<sup>2</sup>

由于水的离解度极小，［HO］数值可以看作是一个常数，令K<sub>1</sub>［H<sub>2</sub>O］<sup>2</sup>等于另一新常数K<sub>w</sub>，则

［H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>］［OH<sup>-</sup>］=K<sub>w</sub>

K<sub>w</sub>称为水的离子积常数，简称水的离子积。上式表示在一定温度时，水中氢离子浓度与氢氧离子浓度的乘积为一常数（表3-1）。25℃时，由实验测出在纯水中［H3O+］和［OH-］各为1.0×10-‑7mol.L-1。通常将水合离子H3O+简写为H+，这样，在常温时：

表3-1　不同湿度时水的离子积

{| class="wikitable"
|-
| | 温度/℃
| | KW
| | I温度/℃
| | KW
|-
| | 0
| | 1.2×10-15
| | 50
| | 5.5×10-14
|-
| | 10
| | 3.0×10-15
| | 60
| | 9.6×10-14
|-
| | 20
| | 6.8×10-15
| | 70
| | 1.6×10-18
|-
| | 25
| | 1.0×10-14
| | 80
| | 2.5×10-13
|-
| | 30
| | 1.5×10-14
| | 90
| | 3.8×10-13
|-
| | 40
| | 2.9×10-14
| | 100
| | 5.5×10-13
|}

K=1.0*10<sup>-7</sup>*1.0*10<sup>-7</sup>=1.0*10<sup>14</sup>

［H<sup>+</sup>］［OH<sup>-</sup>］=1.0*10<sup>-14</sup><sup>　(3-2)</sup>

由于水离解时要吸收大量的热，所以温度升高，水的离解度和KW也相应地增大。

水的离子积原理不仅适用于纯水，也适用于一切稀的水溶液。在任何稀的水溶液中，不论［H+］和［OH-］怎样改变，它们的乘积总是等于KW。

== 二、溶液的PH值==

在纯水或中性溶液中，25℃时

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当向水中加入酸时，溶液中［H+］就会增大，设达到新的平衡时该溶液的［H+］为1.0×10-2mol.L-1,因［H+］［OH-］=1.0×10-14,则

{{图片|gmoe96ut.jpg|}}

可见,在酸性溶液中,［H+］＞1.0×10-7 mol.L-1,而［OH-］＜1.0×10-7 mol.L-1.

如果向纯水中加入碱时,溶液中［OH-］就会增大,设达到新的平衡时该溶液的［OH-］为1.0×10-2mol.L-1,同理计算出［H+］=1.0×10-12 mol.L-1。可见,在碱性溶液中［OH-］＞1.0×10-7mol.L-1,而［H+］＜1.0×10-7 mol.L-1。由上述三种情况可知：

在纯水或中性溶液中　［H+］=1.0×10-7 mol.L-1=［OH-］

在酸性溶液中［H+］＞1.0×10-7mol.L-1＞［OH-］

在碱性溶液中［H+］＜1.0×10-7mol.L-1＜［OH-］

当然，［H+］或［OH-］都可用来表示溶液中的中性、酸性或碱性，但实际应用中多采用［H+］来表示。但是，在[[生物学]]与医学上许多重要溶液的［H+］往往是一个很小的数值，而且带有负指数，用［H+］表示溶液的酸碱性不方便。例如，人的[[血液]]［H+］为0.0000000398mol.L-1,即3.98×10-8 mol.L-1,血液究竟是酸性还是碱性,不容易看清楚。索仑生（Sorensen）首先提出用PH值表示水溶液的酸碱性。

溶液的PH值是氢离子浓度的负对数值。

它的数学表示式为：pH=-lg［H<sup>+</sup>］

即　［H<sup>+</sup>］=10-<sup>pH</sup><sup>（3-3）</sup>严格地说，考虑活度时：

Pα+=lgαH+　（3-4）

必须注意，PH值每相差一个单位时，其［H+］相差10倍；PH值相差二个单位时，［H+］相差100倍；依此类推。

用PH值表示稀的水溶液的酸碱性，则有“

在纯水或中性溶液中，　［H+］=1.0×10-7 mol.L-1　PH=7

在酸性溶液中，　［H+］＞1.0×10-7mol.L-1　PH＜7 ，PH越小，则酸性越强。

在碱性溶液中，　［H+］＜1.0×10-7 mol.L-1 PH＞7，PH越大，则碱性越强。

和PH相仿，［OH-］和KW也可用它们的负对数来表示，即

pOH=-lg［OH<sup>-</sup>］　（3-5）

pK<sub>w</sub>=-lgK<sub>w</sub>　（3-6）

由于在25℃时，［H+］［OH-］=KW=1.0×10-14

将方程两边取负对数，则得

-lg［H<sup>+</sup>］-lg［OH<sup>-</sup>］=-lgK<sub>w</sub>=-lg1.0*10<sup>-14</sup>

所以

pH+pOH=pK<sub>w</sub>=14　(3-7)

水溶液中［H+］，［OH-］，PH，POH值与溶液酸碱性的关系如表3-2。

表3-2 ［H+］，［OH-］，PH，POH值与溶液酸碱性的关系

{| class="wikitable"
|-
| | ［H+］
| | 100
| | 10-1
| | 10-2
| | 10-3
| | 10-4
| | 10-5
| | 10-6
| | 10-7
| | 10-8
| | 10-9
| | 10-10
| | 10-11
| | 10-12
| | 10-13
| | 10-14
|-
| | PH
| | 0
| | 1
| | 2
| | 3
| | 4
| | 5
| | 6
| | 7
| | 8
| | 9
| | 10
| | 11
| | 12
| | 13
| | 14
|-
| |
的酸

碱性
| colspan="14" | 中酸性逐渐增强性 碱性逐渐增强
| |
|-
| | POH
| | 14
| | 13
| | 12
| | 11
| | 10
| | 9
| | 8
| | 7
| | 6
| | 5
| | 4
| | 3
| | 2
| | 1
| | 0
|-
| | ［OH-］
| | 10-14
| | 10-13
| | 10-12
| | 10-11
| | 10-10
| | 10-9
| | 10-8
| | 10-7
| | 10-6
| | 10-5
| | 10-4
| | 10-3
| | 10-2
| | 10-1
| | 100
|}

在实际应用中，PH值一般只限于0-14范围内。当　［H+］或［OH-］大于（即100）时，就不再采用PH值，而仍用［H+］或［OH-］表示溶液的酸碱性。

必须注意，用PH值表示的是溶液的酸度或有效酸度而不是酸的浓度。酸度或有效酸度是指溶液中H+浓度，严格地说是指H+的活度，是指已离解部分酸的浓度。酸的浓度也称总酸度或分析浓度，它是指在1升溶液中所含酸的物质的量，包括已离解和未离解两部分酸的总浓度，其大小要用[[滴定]]分析来确定。酸度或有效酸度则用PH[[试纸]]或PH计来测定。潜在酸度是指未离解部分的浓度，即总酸度与有效酸度之差。例如，0.01mol.L-1HCL和0.01 mol.L-1HOAc的浓度相同,但有效酸度不同。0.01 mol.L-1HCL溶液总酸度为0.01mol.L-1,其有效酸度［H+］也是相同数值,25℃时,总酸度为0.01mol.L-1的HOAc溶液,其有效酸度［H+］则仅为4.2×10-4mol.L-1。

例1 分别求出0.1mol.L<sup>-1</sup>　HCl溶液和0.01mol.L<sup>-1</sup>　HOAc溶液的pH值，已知其［H<sup>+</sup>］分别为0.01mol.L<sup>-1</sup>和4.2*10<sup>-4</sup>mol.L<sup>-1</sup>。

解：HCl溶液的pH=-lg0.01=-lg10<sup>-2</sup>=2.0

HOAc溶液的pH=-lg(4.2*10<sup>-4</sup>)

=［0.62+(-4)］

=3.38

例2　已知某溶液的pH=4.60,计算该溶液的氢离子浓度。

解：-lg［H<sup>+</sup>］=pH=4.60

lg［H<sup>+</sup>］=4.60=-5+0.40=5.40

查0.4的反数为2.512，故

［H<sup>+</sup>］=2.512*10<sup>-5</sup>mol.L<sup>-1</sup>

== 三、PH值在医学上的应用==

医学上常用PH来表示体液的酸碱性（见表3-3）。PH值在医学上具有很重要的意义，例如，正常人[[血浆]]的PH值相当恒定，保持在7.35-7.45之间，如果血液的PH值大于7.5,在临床上就表现出明显的[[碱中毒]].反之,当血液的PH值小于7.3时，则表现出明显的[[酸中毒]]。

测定溶液中PH值的方法很多，临床上常用PH试纸测定病人尿液的PH值。更为精确的测定PH值，要使用PH计。

表3-3 人体各种体液的PH值

{| class="wikitable"
|-
| | 体液
| | PH
| | 体液
| | PH
|-
| | [[血清]]
| | 7.35～7.45
| | [[大肠]]液
| | 8.3～8.4
|-
| | 成人胃液
| | 0.9～1.5
| | 乳
| | 6.6～6.9
|-
| | [[婴儿]]胃液
| | 5.0
| | 泪
| | 7.4
|-
| | [[唾液]]
| | 6.35～6.85
| | 尿
| | 4.8～7.5
|-
| | [[胰液]]
| | 7.5～8.0
| | [[脑脊液]]
| | 7.35～7.45
|-
| | [[小肠]]液
| | 7.6左右
| |
| |
|}
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