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弱酸弱碱的解离平衡大专班讲义 第四章 酸碱电离平衡与沉淀溶解平衡 第三节 弱电解质的解离平衡 第 1 页 共 5页 第三节 弱酸弱碱的解离平衡 弱酸弱碱的电离存在平衡.高中的电离平衡即解离平衡. 一.一元弱酸和弱碱的解离平衡 弱电解质的解离过程就是质子的传递过程. 1.一元弱酸的解离常数 例如醋酸:HAc+H2O H3O+Ac 此式可简化成:HAc H+Ac 在一定温度下达到电离平衡时有:HAc/HAc=Ka(酸常数) 2.一元弱碱的解离常数 例如:氨水:NH3+H2O NH4+OH 在一定温度下达到解离平衡时:OHNH4/NH3=Kb(碱常数) 结论:K的大小表示了弱电解质在水溶液中的解离程度.在温度相同时,K越大表示解离程度越大,该弱电解质相对越强.K=10-10之间的酸或碱为弱酸或弱碱.K<10的弱酸或弱碱为极弱酸或极弱碱. 3.对一对共轭酸碱,应有KaKb=KW NH3+H2O NH4+OH Kb=OHNH4/NH3 NH4+H2O H3O+NH3 Ka=H3ONH3/NH4 显然有KaKb=KW 例题教材P78的7题.解答如下: 溶液的pH=9.25,则H=10+-+-9.25-+-+-7-2-7-+-+-+-+-mol·L,所以OH=KW/H=10-1-+-4.5mol·L -1 NaXNa+X X+H2O HX+OH Kb=OHHX/X=10 Ka=KW/Kb=3×10 二.弱电解质的解离度(电离度)与浓度和解离常数的关系 1.解离度的概念 (1)概念:一定温度下弱电解质在水溶液中达到解离平衡时,已解离的弱电解质分子占原来弱电解质分子的百分数叫该弱电解质的解离度. (2)公式: 请看教材P59表. = ×100% 原来弱电解质分子总数 已解离的弱电解质分子数 -6-4.5×10-4.5/0.3=10/0.3 -9 说明:公式中的分子和分母可用浓度代替. 2.解离度与解离常数及弱电解质浓度的关系 这里以HAc为例分析如下.设HAc的浓度为cmol·L,解离度为. -1大专班讲义 第四章 酸碱电离平衡与沉淀溶解平衡 第三节 弱电解质的解离平衡 第 2 页 共 5页 HAc H + Ac 起始浓度mol·L 平衡浓度mol·L+-1 -1+- c 0 0 c-c c c -2222 Ka=HAc/HAc=c/(c-c)=c/(1-) 当很小时,1-=1.则有Ka=c或=Ka/c 容易得到H=c=Kac 对一元弱碱是类似的. 以上公式是近似的,一般当5%即C/Ka500时才能用. 例题教材P78的4题.解答提示: (1)方法一:直接代入Ka=c=0.1×(2%)=4×10. 方法二: HAc H + Ac 起始浓度mol·L+-1 -1+-22-5+ 0.1 0 0 -2-5 平衡浓度mol·L 0.098 0.002 0.002 Ka=HAc/HAc=0.002/0.098=4.1×10 (2)利用=Ka/c 将Ka=4.1×10和c=0.001mol·L代入得=20%. (3)将=1%和Ka=4.1×10代入=Ka/c 可得c=0.4mol·L 练习教材P78的5题.解答提示:对0.2mol·LHAc,H=Kac 先查表(教材P172 pKa=4.76Ka=10结果是H=1.88×10mol·L 练习教材P78的3题.解答提示: 先由质量分数计算NH3溶液的物质的量浓度:c=0.5mol·L. 再查表P59氨水的Kb=1.77×10,利用OH=Kbc =2.97×10. 利用H=KW/OH=3.367×10.则pH=11.47. 此处也可查教材P172的NH4的pKa=9.25,即Ka=10KW=KaKb得到Kb=10-4.65+-9.25+-12-5-3-1+-3-1-4.76-1+-5-1-5-1=1.76×10)得Ka值. 将c和Ka代入,-5,利用=1.77×10 -5 作业习题讲解 教材P78的8题 (1)加NaAc溶液好.因为HCl电离出的H可以和NaAc电离出的Ac结合H+Ac HAc,使H降低.若加入HAc则其电离产生H,H浓度不会有大的变化. (2)设原HCl溶液和加入的NaAc溶液各1L HCl+NaAcNaCl+HAc +-+-大专班讲义 第四章 酸碱电离平衡与沉淀溶解平衡 第三节 弱电解质的解离平衡 第 3 页 共 5页 反应后溶液中含Ac=0.9mol·L,HAc=0.1mol·L HAc H+Ac Ka=HAc/HAc 则H=KaHAc/Ac=1.76×10×0.1/0.9=1.956×10 pH=5.7 (3)设原HCl与加入的NaOH溶液各1L HCl+NaOHNaCl+H2O 反应后NaOH=0.9mol·L H=KW/OH=10/0.9=1.11×10 pH=13.95 (4)加入HAc溶液后,HCl=0.1mol·L,HAc=1mol·L.HAc的电离被抑制,则H=0.1mol·L pH=1 选学三.多元弱酸和弱碱的解离平衡 1.多元弱酸弱碱的含义 凡在水溶液中释放出两个或多个质子的弱酸称为多元弱酸.能够接受两个或多个质子的碱称为多元弱碱. 多元弱酸和弱碱是分步电离的. H2S H+HS Ka1=HHS/H2S=9.1×10 HS H+S Ka2=HS/HS=1.1×10 显然Ka1>>Ka2,当Ka1/Ka2100时,考虑第一步电离就可以了.我们一般也只考虑第一步电离. 2.计算举例 例题计算饱和H2S溶液(0.1mol·L)中的H、HS、S和H2S的解离度.(已知:Ka1=9.1×10, Ka2=1.1×10) (说明:有时需查表,例如教材P172的H2S的pKa1=7.05,pKa2=11.95Ka1=10-7.05-8-12-1+-2- +2-+2-12+-+-8+-1-1-1+-14-14-1+-5-6+-+-1-1=9.1×10,Ka2=10-8-11.95=1.1×10) +-1+-12 解.(1)由于Ka1>>Ka2,则按一元弱酸处理.设H=xmol·L H2S H+HS 平衡浓度mol·L 0.1-x x x Ka1=HHS/H2S=9.1×10 由于c/Ka1>500则可直接代入H=HS=Ka1c =9.5×10 (2)计算S HS H+S Ka2=HS/HS=1.1×10 由于第二步解离极微弱,可认为H=HS则Ka2=1.1×10mol·L (3)求H2S的解离度 =9.5×10/0.1=0.095% -5+-12-1- +2-+2-122-+-5+-8-1大专班讲义 第四章 酸碱电离平衡与沉淀溶解平衡 第三节 弱电解质的解离平衡 第 4 页 共 5页 3.结论 (1)计算多元弱酸溶液的H,按一元弱酸处理,H=Ka1c (2)二元弱酸溶液中,酸根离子浓度近似等于Ka2 (3)需要高浓度的多元弱酸根时,用其盐. 选学四.两性物质的解离平衡 常见的两性物质有:多元弱酸的酸式酸根离子(HCO3、HS、H2PO4、HPO4)和弱酸弱碱盐(NH4Ac)及氨基酸等. 1.酸式酸根离子 (1)HCO3 作为酸:HCO3 H+CO3 Ka2=HCO3/HCO3=5.6×10 作为碱:HCO3+H2O H2CO3+OH Kb2=OHH2CO3/HCO3=KW/Ka1=2.3×10 Kb2>>Ka2.则溶液显碱性. 经数学推导有:H=Ka1Ka2 (2)H2PO4 作为酸:H2PO4 H+HPO4 Ka2=HHPO4/H2PO4=6.23×10 作为碱:H2PO4+H2O OH+H3PO4 Kb3=OHH3PO4/H2PO4=KW/Ka1=1.3×10 Ka2>>Kb3.则溶液显酸性. 经数学推导有:H=Ka1Ka2 对HPO4有:H=Ka2Ka3 (3)弱酸弱碱盐 例如NH4Ac溶液,NH4显酸性,Ac显碱性 NH4+H2O NH3+H3O Ka(NH4)=NH3H3O/NH4=KW/Kb(NH3) Ac+H2O HAc+OH Kb(Ac)=HAcOH/Ac=KW/Ka(HAc) 数学推导有:H=KWKa/Kb =KaKa H=KWKa(HAc)/Kb(NH3) =Ka(HAc)/Ka(NH4) 结论:KaKa=KW为中性,KaKa<KW为碱性,KaKa>KW,为酸性. 五.同离子效应和盐效应 1.同离子效应 例如向HAc中加入NaAc则HAc的解离平衡左移.同理向NH3溶液中加入NH4Cl则使NH3的解离平衡左移. HAc H+Ac NH3+H2O NH4+OH NaAc=Na+Ac NH4Cl=NH4+Cl+-+- +-+- +-+-2-+-12-+2-+2-8-+-8-+2-+2-11-2-+大专班讲义 第四章 酸碱电离平衡与沉淀溶解平衡 第三节 弱电解质的解离平衡 第 5 页 共 5页 向弱电解质溶液中加入与该弱电解质有共同离子的强电解质而使解离平衡左移,从而降低弱电解质的解离度的现象叫同离子效应. 2.存在同离子效应时的计算 作业习题讲解 教材P79的10题. (1)混合后HCl和NaOH中和,余HCl0.05mol,HCl=0.1mol·L,pH=1 (2)NH4Cl和NaOH恰好反应,得到的NH3=0.01/0.1=0.1mol·L 利用OH=CKb =0.1×1.77×10=1.33×10mol·L 则H=7.518×10mol·L 则pH=11.12 (3)NH4Cl和NaOH溶液反应后,余NH4Cl=0.067mol·L NH3=0.067mol·L NH3+H2O NH4+OH Kb=NH4OH/NH3代入则Kb=OH=1.77×10mol·L 则H=KW/OH=5.65×10mol·L 则pH=9.25 (4)NH4Cl和NaOH溶液反应后NaOH剩余, NaOH=0.005/0.075=0.067mol·L NH3=0.005/0.075=0.067mol·L OH主要来源于NaOH,则OH=0.067mol·L H=KW/OH=10/0.067=1.49×10mol·L pH=12.82 (5)反应后剩余NaOH0.01mol NaOH=0.01/0.05=0.2mol·L H=5×10mol·L,pH=13.3 3.盐效应 在弱电解质溶液的平衡体系中,加入不含弱电解质离子的强电解质,将促进弱电解质的电离,称为盐效应. 解释:离子浓度加大,离子间互相牵制作用增强,离子结合成弱电解质分子的机会减小. 同离子效应的同时也有盐效应,只不过是盐效应微弱. 复习思考题(教材P66的2-4题) 2.相同浓度的盐酸和醋酸溶液的pH相等吗?相同pH值的盐酸和醋酸溶液的浓度相等吗?用相同浓度的NaOH溶液中和相同pH值的盐酸和醋酸溶液,哪个用量大?为什么? 3.醋酸溶液稀释一倍,H是原来的一半吗?为什么? 4.在HAc溶液中分别加入HCl、NaAc、NaOH,对电离平衡有何影响. +-4-1-1+-14-13-1-1-1-1+-10-1+-5-1+-1-1+-12-1-5-3-1-1-1
