Shanxian Chemical

论氢离子浓度之算
夫欲明于化学之理，氢离子浓度之算，至为关键。其法非一，当详察而慎求之。

一、依酸之电离常数求之
若为强酸，其在水中几近完全电离。如盐酸（$HCl$），设其物质的量浓度为$c$，则氢离子浓度$[H^{+}]=c$ 。盖强酸于水，$HCl\rightarrow H^{+}+Cl^{-}$，电离彻底，氢离子全出于此。

若为弱酸，以醋酸（$CH_{3}COOH$）为例，当以电离常数$K_{a}$求之。醋酸在水中有电离平衡$CH_{3}COOH\rightleftharpoons CH_{3}COO^{-}+H^{+}$，设起始醋酸浓度为$c_{0}$，达平衡时，氢离子浓度为$x$，则醋酸根离子浓度亦为$x$，醋酸平衡浓度为$c_{0}-x$。依电离常数表达式$K_{a}=\frac{[CH_{3}COO^{-}][H^{+}]}{[CH_{3}COOH]}$，即$K_{a}=\frac{x\cdot x}{c_{0}-x}$ 。若$c_{0}$较大，$K_{a}$较小，$x$相对$c_{0}$甚微，可近似认为$c_{0}-x\approx c_{0}$，则$x=\sqrt{K_{a}c_{0}}$，即氢离子浓度$[H^{+}]=\sqrt{K_{a}c_{0}}$ 。

二、由$pH$值推之
$pH$者，氢离子浓度负对数也，即$pH = -\lg[H^{+}]$。若已知溶液之$pH$值，欲求氢离子浓度，则可反推之。如$pH = 3$，则$-\lg[H^{+}]=3$，即$\lg[H^{+}]= - 3$，由对数之性，可得$[H^{+}]=10^{-3}mol/L$ 。

三、于盐溶液中求之
对于强酸弱碱盐，如氯化铵（$NH_{4}Cl$），其水解使溶液显酸性。$NH_{4}^{+}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{3}\cdot H_{2}O + H^{+}$ 。设氯化铵浓度为$c$，水解常数为$K_{h}$ 。水解常数与对应弱碱电离常数$K_{b}$有关系$K_{h}=\frac{K_{w}}{K_{b}}$（$K_{w}$为水的离子积常数）。达平衡时，设氢离子浓度为$x$，$NH_{3}\cdot H_{2}O$浓度亦为$x$，$NH_{4}^{+}$平衡浓度为$c - x$，由水解常数表达式$K_{h}=\frac{[NH_{3}\cdot H_{2}O][H^{+}]}{[NH_{4}^{+}]}$，即$K_{h}=\frac{x\cdot x}{c - x}$ 。若$c$较大，$K_{h}$较小，近似$c - x\approx c$，则$x=\sqrt{K_{h}c}$，即$[H^{+}]=\sqrt{K_{h}c}$ 。

总之，求氢离子浓度，当审溶液之性，或依酸之强弱，或据$pH$之值，或察盐之水解，依理而算，方能得确值。