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第三章 电解质溶液和离子平衡

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第三章 电解质溶液和离子平衡. 第三节 弱酸弱碱的电离平衡. 3.1 一元弱酸、弱碱的离解平衡. 3.1.1 离解常数 以一元弱酸 HA 为例,其离解平衡式及其标准离解常数为: HA H + + A -. K a Θ = { c (H + )/ c Θ }·{ c (A - )/ c Θ }

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Presentation Transcript
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第三章电解质溶液和离子平衡

第三节 弱酸弱碱的电离平衡

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3.1 一元弱酸、弱碱的离解平衡
  • 3.1.1 离解常数
  • 以一元弱酸HA为例,其离解平衡式及其标准离解常数为:
  • HA H+ + A-
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KaΘ = {c(H+)/ cΘ}·{c(A-)/ cΘ}

c(HA)/cΘ = c‘(H+) ·c’(A-)c‘(HA)若以BOH表示弱碱,则:BOH B+ + OH-KbΘ = {c(B+)/ cΘ}·{c(OH-)/ cΘ}c(BOH)/cΘ = c‘(B+) ·c’(OH-)c‘(BOH)KaΘ可用来表示酸的强弱.KaΘ越大,该弱酸的酸性越强,HA Ka HCOOH 1.77×10-4 HAC 1.75×10-5 HClO 2.80×10-8 HCN 6.20×10-10

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3.1.2 离解度对于弱电解质来说,除了用离解常数表示电解质的强弱外,还可用离解度(α)来表示其离解的程度:α= 已离解的弱电解质浓度 ×100% 弱电解质的起始浓度 以一元弱酸HA为例,其离解度α, 离解常数KaΘ和浓度c之间的关系推导如下: HA H+ + A-

起始浓度c0c 0 0

平衡浓度cc(1 – α) cα cα

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KaΘ = c‘(H+) ·c’(A-) = c‘α ·c’ α =c‘α 2c‘(HA) c‘(1-α) 1-α

1. 精确公式:也就是说, c‘α 2 + KaΘα - KaΘ = 0,

α =-KaΘ + √ (KaΘ)2 + 4c’KaΘ

2c’

c(H+) = cα = c·-KaΘ + √(KaΘ)2 + 4c’KaΘ

2c’

= -KaΘ + √(KaΘ)2 + 4c’KaΘ ·cΘ

2

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2. 近似公式:

当1-α≈1时, 或c/ KaΘ> 500时, KaΘ = c’α2

α = √KaΘ/c’c'(H+) =√KaΘ·c’

上式也称为稀释定律: 电离度α与浓度的平方根成反比, 与离解常数的平方根成正比。

对于一元弱碱的电离将得到同样形式的公式:

α = √KbΘ/c’c’(OH-) = √KbΘ·c’

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3.1.3 一元弱酸、弱碱溶液中离子浓度及pH的计算

例3.(1)已知25℃时, KaΘ(HAc)= 1.75×10-5。计算该温度下0.10 mol·L-1的HAc 溶液中H+、Ac-离子的浓度以及溶液的pH, 并计算该浓度下HAc的离解度;

(2)如将此溶液稀释至0.010 mol·L-1, 求此时溶液的H+浓度、pH及离解度。

解:(1)醋酸的离解平衡式如下, 并设达平衡时有x mol·L-1的醋酸离解

HA H+ + Ac-

起始浓度c0/ mol·L-1 0.10 0 0

平衡浓度c/ mol·L-1 0.10 – x x x

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KaΘ = c‘(H+) ·c’(Ac-) = x·x

c‘(HAc) 0.10 - x

∵c/ KaΘ = 0.10÷(1.75×10-5) >500, ∴可用近似公式

c'(H+) = √KaΘ·c’

X =c’(H+)= c’(Ac-)=√KaΘ·c’=√1.75×10-5×0.10

=1.3×10-3

pH = -lgc’(H+) =-lg 1.3×10-3 = 2.88

α = (1.3×10-3/0.10) ×100% = 1.3%

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(2)∵c/ KaΘ = 0.010÷(1.75×10-5) >500,

∴仍可用近似公式

x = c’(H+) = √KaΘ·c’ =√1.75×10-5×0.010

= 4.2×10-4

pH = -lgc’(H+) = -lg 4.2×10-4 = 3.38

α = (4.2×10-4/0.010) ×100% = 4.2%

例4.25℃时,实验测得0.020 mol·L-1氨水溶液的pH为10.78, 求它的离解常数和离解度.

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解:pH = 10.78,pOH = 14.00 – 10.78 = 3.22

c(OH-) = 6.0×10-4 mol·L-1

氨水的离解平衡式为

NH3+ H2O NH4+ + OH-

起始浓度 c0/ mol·L-1 0.020 0 0

平衡浓度c/ mol·L-10.020 –6.0×10-4 6.0×10-4 6.0×10-4

KbΘ(NH3)= c'(NH4+) ·c’(OH-) = (6.0×10-4)2 = 1.8 ×10-5

c'(NH3) 0.020

α = c’(OH-) ×100% = 6.0×10-4×100% = 3.0%

c'(NH3) 0.020

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3.2 多元弱酸的离解平衡

多元弱酸在水中的离解是分步进行的。此处以碳酸和磷酸为例。

1.碳酸分两步离解:

第一步离解:H2CO3 H+ + HCO3-

Ka1Θ(H2CO3)= c'(H+) ·c’(HCO3-) = 4.4 ×10-7

c'(H2CO3)

第二步离解:HCO3- H+ + CO32-

Ka2Θ(H2CO3)= c'(H+) ·c’(CO32-) = 4.7 ×10-11

c'(HCO3-)

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2.磷酸分三步离解:

第一步离解:H3PO4 H+ + H2PO4-

Ka1Θ(H3PO4)= c'(H+) ·c’(H2PO4-) = 7.1 ×10-3

c'(H3PO4)

第二步离解:H2PO4- H+ + PO42-

Ka2Θ(H3PO4)= c'(H+) ·c’(HPO42-) = 6.3 ×10-8

c'(H2PO4-)

第三步离解:HPO42- H+ + PO43-

Ka3Θ(H3PO4)= c'(H+) ·c’(PO43-) = 4.2 ×10-13

c'(HPO42-)

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3.对于多元弱酸的分步离解,因为Ka1Θ >> Ka2Θ, 其氢离子浓度主要来自第一级电离,当求氢离子浓度时可当作一元弱酸来处理.

例5.室温时,碳酸饱和溶液的浓度为0.040 mol·L-1, 求此溶液中的H+、HCO3-和CO32-离子浓度。

解:1). 先求氢离子浓度, 因Ka1Θ >> Ka2Θ,且c/ Ka1Θ > 0.040÷(4.4 ×10-7) >500,

c’(H+)= c’(HCO3-) = √KaΘ·c’ =√4.4×10-7×0.040

= 1.3×10-4

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再求碳酸根离子浓度:

Ka2Θ(H2CO3)=c'(H+) ·c’(CO32-)

c'(HCO3-)

=c’(CO32-) = 4.7 ×10-11

二元弱酸的酸根离子浓度刚好等于其二级离解常数.