氢离子浓度指数

中文名

氢离子浓度指数

外文名

Hydrogen ion concentration

提出人

Soren Peter Lauritz Sorensen

提出时间

1909年

离子积常数

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为了便于理解和说明pH，首先阐述一下水的电离和水的离子积常数。

水的电离：水是一种极弱的电解质，可以发生微弱的电离，其电离方程式为：2H₂O≒H₃O⁺ + OH⁻，简写为H₂O≒H⁺ + OH⁻，是一个吸热过程。水的电离受温度影响，加酸加碱都能抑制水的电离。水的电离是水分子与水分子之间的相互作用而引起的，因此极难发生。实验测得，25℃时1L纯水中只有1×10⁻⁷mol的水分子发生电离。由水分子电离出的H⁺和OH⁻数目在任何情况下总相等。25℃时，纯水中[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁷mol/L。

水的离子积常数：[H⁺]·[OH⁻]=K_W，其中K_W称作水的离子积常数，简称水的离子积；[H⁺]和[OH⁻]是分别是指整个溶液中氢离子和氢氧根离子的总物质的量浓度。K_W只随温度变化而变化，是温度常数。如25℃，[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁷mol/L，K_W=1×10⁻¹⁴；100℃时，[H⁺]=[OH⁻]=1×10⁻⁶mol/L，K_W=1×10⁻¹²。

水的pH值

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pH值是水溶液最重要的理化参数之一。凡涉及水溶液的自然现 象。化学变化以及生产过程都与pH值有关，因此，在工业、农业、医学、环保和科研领域都需要测量pH值。

水的pH值是表示水中氢离子活度的负对数值，表示为：

pH=-lg[H⁺]

pH值有时也称氢离子指数，由于氢离子浓度的数值往往很小，在应用上很不方便，所以就用pH值这一概念来作为水溶液酸性、碱性的判断指标。而且，氢离子活度的负对数值能够表示出酸性、碱性的变化幅度的数量级的大小，这样应用起来就十分方便，并由此得到（在25℃下）：

溶液pH

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含义

溶液酸性、中性或碱性的判断依据是：[H⁺]和[OH⁻]的浓度的相对大小．在任意温度时溶液[H⁺]>[OH⁻]时呈酸性，[H⁺]=[OH⁻]时呈中性，[H⁺]<[OH⁻]时呈碱性．但当溶液中[H⁺]、[OH⁻]较小时，直接用[H⁺]、[OH⁻]的大小关系表示溶液酸碱性强弱就显得很不方便．为了免于用氢离子浓度负幂指数进行计算的繁琐，丹麦生物化学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为"pH"。数学上定义pH为氢离子浓度的常用对数负值，即：pH=-lg[H⁺].

在标准温度（25℃）和压力下，pH=7的水溶液（如：纯水）为中性，这是因为水在标准温度和压力下自然电离出的氢离子和氢氧根离子浓度的乘积（水的离子积常数）始终是1×10⁻¹⁴，且两种离子的浓度都是1×10⁻⁷mol/L。pH值小说明H⁺的浓度大于OH⁻的浓度，故溶液酸性强，而pH值增大则说明H⁺的浓度小于OH⁻的浓度，故溶液碱性强。所以pH值愈小，溶液的酸性愈强；pH愈大，溶液的碱性也就愈强。

通常pH值是一个介于0和14之间的数（浓硫酸pH约为-2），在25℃的温度下，当pH<7的时候，溶液呈酸性，当pH>7的时候，溶液呈碱性，当pH=7的时候，溶液呈中性.但在非水溶液或非标准温度和压力的条件下，pH=7可能并不代表溶液呈中性，这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数来决定pH为中性的值。如373K（100℃）的温度下，pH=6为中性溶液。

pH计算

在pH的计算中[H⁺]指的是溶液中氢离子的物质的量浓度（有时也被写为[H₃O⁺]，水合氢离子的物质的量浓度），单位为mol/L（摩尔/升），在稀溶液中，氢离子活度约等于氢离子的浓度，可以用氢离子浓度来进行近似计算。

pH测定

有很多方法来测定溶液的pH值：

1.使用pH指示剂。在待测溶液中加入pH指示剂，不同的指示剂根据不同的pH值会变化颜色，根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时，可以作精确的pH标准。

2.使用pH试纸。pH试纸有广泛试纸和精密试纸，用玻璃棒蘸一点待测溶液到试纸上，然后根据试纸的颜色变化对照标准比色卡可以得到溶液的pH。pH试纸不能够显示出油份的pH值，因为pH试纸以氢离子来量度待测溶液的pH值，但油中没含有氢离子，因此pH试纸不能够显示出油份的pH值。

3.使用pH计。pH计是一种测定溶液pH值的仪器，它通过pH选择电极（如玻璃电极）来测定出溶液的pH。pH计可以精确到小数点后两位。

此外还有许多其他更为先进更为精确的pH值测算方法和手段。

节选自《水质 pH值的测定 玻璃电极法》

1 适用范围

1.1 本法适用于饮用水、地面水及工业废水pH值的测定。

1.2 水的颜色、浊度、胶体物质、氧化剂、还原剂及高含盐量均不干扰测定；但在pH<1的强酸性溶液中，会有所谓"酸误差"，可按酸度测定；在pH>10的碱性溶液中，因有大量钠离子存在，产生误差，使读数偏低，通常称为"钠差"。消除"钠差"的方法，除了使用特制的"低钠差"电极外，还可似选用与被测溶液的pH值相近似的标准缓冲溶液对仪器进行校正。

温度影响电极的电位和水的电离平衡。须注意调节仪器的补偿装置与溶液的温度一致，并使被测样品与校正仪器用的标准缓冲溶液温度误差在±1℃之内。

2 定义

pH是从操作上定义的。对于溶液x，测出伽伐尼电池参比电极1KC1浓溶液H溶液×|H₂|pt的电动势EX。将未知pH（X）的溶液X换成标准pH溶液S，同样测出电池的电动势ES，则

3 原理

pH值由测量电池的电动势而得。该电池通常由饱和甘汞电极为参比电极，玻璃电极为指示电极所组成。在25℃，溶液中每变化1个pH单位，电位差改变为59.16毫伏，据此在仪器上直接以pH的读数表示。温度差异在仪器上有补偿装置。

pOH

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pOH（氢氧根离子浓度指数）是和pH相对应的表示溶液中氢氧根离子活度的概念，定义如下：

当在298K(25℃）的时候，水的离子积Kw = [H][OH]=10⁻¹⁴因为log K_w = log [H] + log [OH]，所以此时pOH=14-pH。

pOH值指的是溶液的碱度，以溶液中OH^-（氢氧根离子）浓度来表示 ，与pH所表示的溶液酸度相对应，pOH等于氢氧根离子的浓度的负常用对数，

即：pOH=-lg[OH⁻].

根据pOH值可以计算出溶液中氢氧根离子的浓度。

25摄氏度的水溶液中，pOH与pH值关系：

pH+pOH=14.0

所以，pH =14.0-pOH

在计算碱性溶液的pH时必须先计算出溶液的 pOH，再根据pH =14.0-pOH计算出溶液的pH值。

应用

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由pH的定义可知，pH是衡量溶液酸碱性的尺度，在很多方面需要控制溶液的酸碱，这些地方都需要知道溶液的pH值。