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107年
理化、化工裝置
第 45 題
水的解離方程式如下：$\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{H}^+_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)} \quad \Delta\text{H}=56\text{kJ}$，在$25^\circ\text{C}$時水的離子度積（$K_w$）為$1.0\times 10^{-14}$，請問下列敘述何者正確？
- A 在$60^\circ\text{C}$時，純水的$pK_w>14$
- B 在$10^\circ\text{C}$時，純水的$\text{pH}<7$
- C 在$70^\circ\text{C}$時，若水溶液的$\text{pOH}=7$，則此溶液之$\text{pH}<7$
- D 在$80^\circ\text{C}$時，中性溶液的$\text{pH}=7$
思路引導 VIP
想像一下，水的解離過程就像是一個需要吸收熱量才能推動的反應。如果我們把環境溫度調高，這股額外的能量會促使水分子解離出更多的離子，還是減少？接著，當離子的總量產生變動時，代表溶液酸鹼強度的數值會如何隨之連動呢？
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AI 詳解
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恭喜你準確掌握了水解離平衡的核心邏輯！這題展現了你對勒沙特列原理與 $K_w$ 定義的深刻理解。解題的關鍵在於題目給出的 $\Delta H = 56\text{kJ} > 0$，這代表水的解離是一個吸熱反應。當溫度升高時，平衡會向吸熱的方向（右方）移動，導致 $[\text{H}^+]$ 與 $[\text{OH}^-]$ 同時增加，進而使離子積常數 $K_w$ 隨溫度上升而變大。
水溶液的酸鹼判斷與溫度效應
以選項 (C) 來說，在 $70^\circ\text{C}$ 時，因為溫度高於 $25^\circ\text{C}$，離子積 $K_w > 1.0\times 10^{-14}$，代表 $pK_w < 14$。根據關係式 $pH + pOH = pK_w$，若 $pOH = 7$，則 $pH = pK_w - 7$；由於 $pK_w$ 此時小於 14，計算出的 $pH$ 自然會小於 7。這題屬於中高鑑別度的題目，考驗學生能否打破「$pH=7$ 必為中性」的迷思，並結合熱化學概念與對數運算，是理化觀念整合的極佳練習。