5.1 弱酸弱碱溶液
在前一章节中,我们深入探讨了不同的酸碱理论(以酸碱质子理论为主)以及pH值及其计算方法。这一章节,我们将进一步探讨在弱酸弱碱环境下的解离平衡。
5.1.3 弱酸弱碱的解离平衡与解离常数
5.1.3.1 电解质分类
强电解质:在水中(或熔融状态下)能完全电离的电解质。其溶液中,电离产生的离子占据主导地位。
例如:强酸(如HCl、H2SO4、HNO3等)、强碱(如NaOH、Ba(OH)2等)以及盐类(如NaCl、KNO3等)。
即便是溶解度较小的物质,如BaSO4,只要其溶解部分能完全电离,依旧被视为强电解质。
相对地,弱电解质在水中(或熔融状态下)仅部分电离,其溶液中分子与离子共存。
例如:弱酸(如HF、HClO、HAc等)、弱碱(如NH3·H2O等)以及水本身。
5.1.3.2 解离平衡及其常数
大多数酸和碱溶液都存在解离平衡。除了少数强酸、强碱外,这种平衡的常数被称为解离常数Ka或Kb,其值可通过热力学数据计算或实验测定得出。
以一元弱酸为例,解离平衡常数是标准平衡常数的一种特殊形式。
对于pKa值,取其对数即为pH值(-lgKa),类似于pH的定义。Ka值大于4的是弱酸;Ka值小于4但大于1的是中强酸;而Ka值小于1的则是强酸。
同样地,对于碱也采用类似的分类方法,但使用的是Kb和pKb。
5.1.3.3 解离度与离子浓度计算
不同教材中,由于对误差率的不同要求,对c/Ka值的范围有不同规定。
解离度和浓度、解离平衡常数之间的关系式非常实用。但在使用前,需明确是处理酸还是碱的问题。
溶液的酸度以H+离子浓度表示,以pH值表示。而溶液的碱度则以OHˉ离子浓度表示。
解离度α定义为:弱电解质已解离的浓度与弱电解质解离前的浓度之比再乘以100%。
以下将通过实例进一步解释弱酸的解离平衡。
对于熟练者,可直接触用相关公式。
共轭酸碱对之间的解离平衡常数及其关系也将进行探讨。
例如,铵离子的Ka值为5.65×10-10,其共轭碱NH3的pKb值可通过计算得出。
5.1.3.4 解离平衡常数的热力学求解
解离平衡常数是热力学可求解的一种平衡。对于弱酸弱碱来说,其解离平衡常数是特殊的标准平衡常数。
与标准平衡常数相关的知识在此处均适用。
5.1.3.5 多元弱酸弱碱的解离
多元酸是指在水中可以提供2个或2个以上H+的化合物,如H2S、H2CO3、H3PO4等。
多元酸的解离具有分步进行的特点。当Ka1/Ka2的比例大于500时,在计算pH值时可忽略其第二步解离。但在其他情况下,是否需要考虑第二步解离则需根据具体情况而定。