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谈谈水的酸碱性

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在中学课本里,酸和碱的定义有交叉水。以前我们老师常常跟我们开玩笑:什么物质既是酸又是碱?什么物质既不是酸又不是碱?答案只有一个水。

水究竟是酸还是碱呢?下面是我[版权所有(C),gltjk,2006]根据定义和实际分别作的分析,有不对之处请大家予以指正。

按照阿累尼乌斯酸碱理论,酸指在水溶液中能电离产生H+(H3O+)的物质。水能部分电离产生H+(H3O+),因此水是酸。[可是按照这一理论,碱指在水溶液中能电离产生OH-的物质。但水也可以部分电离产生OH-,那么水又是碱喽!]

按照布朗斯台特的酸碱质子理论,凡能给出质子(氢离子)的物质(分子或离子)都是酸。水部分电离能产生H+,因此水是酸。[可是按照这一理论,凡能结和质子的物质都是碱。但水也可以结合H+产生H3O+,那么水又是碱喽!]

按照路易斯的酸碱电子理论,凡能接受电子对的物质(分子、离子或原子团)都称为酸。水能接受电子对,因此水是酸。[可是按照这一理论,凡能给出电子对的物质都称为碱。但水给出电子对,那么水又是碱喽!]

公认的,水既不是酸也不是碱它是中性的。按照传统观点,水中电离出的H+(H3O+)和OH-的物质的量比1:1,表明水中的酸碱性相互抵消。

事实上,水既是酸也是碱。根据前面三种酸碱理论中酸和碱的定义,水既能体现酸性,又能体现碱性。当水与碱性物质发生反应时,比如水与活泼金属钠的反应,水中的H+(H3O+)参与反应,体现了酸性;当水与酸性物质发生反应时,比如水与活泼非金属氯气的反应,水中的OH-参与反应,体现了碱性。

水是酸和碱的统一体。水中的H+(H3O+)保持其酸性,OH-保持其碱性,而两种离子浓度相等使水体现中性。

H+(H3O+)浓度减小时,水的碱性大于酸性,对外显碱性,比如Na把H+还原成H2时生成了强碱NaOH;当OH-浓度减小时,水的酸性大于碱性,对外显酸性,比如Cl2在OH-的作用下自身氧化还原生成Cl-和ClO-、把OH-变为H+,生成HCl和HClO。

水与碱性氧化物反应体现酸性,H+(H3O+)能够与氧化物中的氧离子结合成为氢氧根离子;水与酸性氧化物(酸酐)反应体现碱性,OH-中的氧离子能够与氧化物结合成为酸根离子。

水与两性物质发生两种不同的反应,也体现了水的酸碱性。比如水和碳酸氢根离子的反应(见方程式)。但由于水的酸性大小和碱性一样,这两种反应等速同时进行,达到了一种动态的平衡。

酸和碱的中和也体现了水的两性。根据强酸制弱酸的原理,H2O的酸性弱于任何一种参与中和反应的酸;同理H2O的碱性弱于任何一种参与中和反应的碱。但是并不等于没有!!!

以下为所有提及反应的化学方程式及离子方程式,为了突出离子的变化,所有离子化合物和在水溶液中电离出离子的化合物统一拆为离子形式,生成的水例外。

 

水与活泼金属反应体现酸性:

2Na + 2H2O == 2NaOH + H2

2Na + 2H+ == 2Na+ + H2

Ca + 2H2O == Ca(OH)2 + H2

Ca + 2H+ == Ca2+ + H2

 

水与活泼非金属反应体现碱性:

Cl2 + H2O == HCl + HClO

Cl2 + OH- == Cl- + ClO- + H+

2F2 + 2H2O == 4HF + O2

2F2 + 2OH- == 4F- + 2H+ + O2

 

水与碱性氧化物反应体现酸性:

CaO + H2O == Ca(OH)2

O2- + H+ == OH-

Na2O + H2O == 2NaOH

O2- + H+ == OH-

 

水与酸性氧化物反应体现碱性:

CO2 + H2O == H2CO3

CO2 + OH- == H+ + CO32-

SO3 + H2O == H2SO4

SO3 + OH- == H+ + SO42-

 

当水遇到两性的物质可能体现酸性也可能体现碱性:

 

显酸性 H2O + HCO3- == OH- + H2CO3

显碱性 H2O + HCO3- == H3O+ + CO32-

酸碱中和:

HCl + NaOH == NaCl + H2O

H3O+ + OH- == 2H2O

 

随着世界人口的增加,现代工农业生产和现代高科技的迅猛发展,水的污染日趋严重,整个地球表面几乎没有了健康纯净的水。专家们提出警告说:地球上到处都是水,但一滴也不能喝!!!那么,中国目前水的现状又如何呢?据相关部门统计,世界十大污染城市,中国就占了八个。尼克松访华自带水,外国旅游团到中国来不敢喝中国的自来水,中国的老百姓正在遭受着严重的水污染的侵害,《淮河流域的癌症村》、《自来水泥沙俱下》的报道,令人惊心动魄!可见目前的水污染有多么严重!看似干净、透明的水,实际上细菌、病毒、有害污染物混杂,重金属严重超标,究其被污染的原因,主要来源于五大污染:

 

1)自然污染:人和动物的排泄物、腐烂植物、污水与垃圾的污染;
2)工业污染:工厂、矿山、汽车、船舶所排的废水的污染;
3)食物污染:农、林、牧、副、渔业中农药、化肥、激素等的污染;
4)科技污染:家用电器、通信设备、核工业等高科技的污染;

5)二次污染:水在处理过程中经氯化处理后,水中的致癌物三氯甲烷严重超标;经过长长的铸铁和镀锌的管道,造成重金属严重超标;进入高层建筑的水箱长期无人维护,污浊物增多,造成各类污染物严重超标。

 

面对饮用水的严重污染,人们有许多无奈,迄今为止已查出水中的污染物超过2100种。水污染日趋严重,人类的健康受到了严重威胁。

 

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