电解质溶液中微粒浓度的计算 下载本文

c(H)× [1 +

+

c(CH3COO)

Ka

] =

KW c(H)

+

Ka′×c(NH4+) c(H+)

两边都乘以c(H+)

[c(H+)]2×[1+c(CH3COO-)/Ka]=KW+Ka′×c(NH4+)

c(H+) =

KW+Ka′×c(NH4+) 1+c(CH3COO)/Ka

-

=

Ka×[KW+Ka′×c(NH4+)]

Ka+c(CH3COO-)

因为Ka′和Kb′都很小【意思是说铵根离子的水解和醋酸根离子的水解都很微弱】,所以,

-+

它们的浓度基本上没有减小,也就是说:c(CH3COO)≈c(NH4)≈c 上式就成为: c(H+) =√[Ka×(KW+Ka′×c)]/(Ka+c)

如果Ka′×c远大于KW,则:c(H+) =√(Ka×Ka′×c)/(Ka+c) 【精确】

如果c远大于Ka,则:c(H+) =√(Ka×Ka′×c)/c =√Ka×Ka′=√(Ka/Kb)KW 【近似】 在水的电离可以忽略的前提下,两性物质不很稀时,如果c≥10Ka时,可以用近似公式; 如果c<10Ka时,应该用精确公式。此结论可以推广到其它弱酸弱碱盐溶液。

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例:计算0.100mol?L1CH3COONH4(Ka=1.8×10-5 Kb=1.8×105

Ka′= KW/Kb=5.6×10-10)溶液中(除水分子浓度以外)的各种微粒浓度。 因为c远大于Ka,Ka′×c远大于KW,c>10Ka,所以可以用近似公式计算:

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c(H+) =√KW×1 = √1×1014 = 1×10-7mol·L1 【pH=7】

-+-

c(OH)=Kw/c(H) =1.0×10-7mol·L1

c(CH3COO-)≈c(NH4+)≈0.100mol·L1

c(H+)×c(CH3COO-) --

据【1】: = 1×107×0.100÷(1.8×10-5)= 5.6×104mol/L c(CH3COOH)=

Ka

Ka′×c(NH4+) -4-10-7 据【2】: c(NH3·H2O) = = 5.6×10×0.100÷(1×10)= 5.6×10mol/L

c(H+)

c(CH3COO-) = c(NH4+) > c(CH3COOH) = c(NH3?H2O) > c(H+) = c(OH)

7、缓冲溶液【我们在这里不讨论缓冲原理,只讨论下面的3种缓冲溶液中的微粒浓度的计算。】

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①计算0.100mol?L1 CH3COOH和0.100mol?L1 CH3COONa的混合溶液中(除水分子浓度以外)的各种微粒浓度。

-+

混合溶液中存在如下情形:CH3COONa = CH3COO+Na (1)

-+

CH3COOHCH3COO+H (2) 由于(1)式产生了大量的醋酸根离子,使得(2)式强烈左移。【在此体系中,醋酸根的水解实际上就是醋酸电离平衡的左移。】所以:?体系中的平衡主要是醋酸的电离平衡;?由于醋酸的Ka远大于KW,醋酸浓度又很大(0.100mol/L),所以水电离产生的氢离子可以被

忽略;?由于醋酸的电离平衡强烈左移,使得它的电离度非常小(0.1mol·L1的醋酸溶液电

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离度=1.3%),所以c(CH3COOH)≈0.100mol·L1 。c(CH3COO)应该=0.100+醋酸电离生成的

--

c(H+),同样由于醋酸电离度非常小,c(H+)也就非常小,所以,c(CH3COO)≈0.100mol·L1 根

+-

据醋酸的电离常数表达式有:Ka=[c(H)×c(CH3COO)]/c(CH3COOH) 所以:

+---

c(H) = [ Ka×c(CH3COOH) ] / c(CH3COO)≈Ka = 1.8×105 mol·L1

-+---+

c(OH) = KW/c(H) = 5.6×1010mol·L1 c(CH3COO) = 0.100 + c(H)

5

c(CH3COOH)=0.100-c(H)

+-

c(CH3COO-) > c(Na) > c(CH3COOH) > c(H+) > c(OH)

--

②计算0.100mol?L1 NH4Cl和0.100mol?L1 NH3?H2O的混合溶液中(除水分子浓度以外)的各种微粒浓度。【与上例完全相同】

c(OH) = [ Kb×c(CH3COOH) ] / c(CH3COO)≈Kb = 1.8×105 mol·L1

-+---+

c(H) = KW/c(OH) = 5.6×1010mol·L1 c(NH4) = 0.100 + c(OH)

c(NH3·H2O)=0.100-c(OH)

+--

c(NH4) > c(Cl) > c(NH3·H2O) > c(OH) > c(H+)

--

③计算0.100mol?L1 NaHCO3和0.100mol?L1 Na2CO3的混合溶液中(除水分子浓度以外)的各种微粒浓度。【纯粹自撰,无资料验证。但是估计差不多。】

++-2-

混合溶液中存在如下情形:Na2CO3=2Na+CO3 NaHCO3=Na+HCO3

---

CO32+H2OHCO3+OH (Kb1=Kw/ Ka2=1.786×10-4 )

--

HCO3+H2OH2CO3+OH (Kb2=Kw/ Ka1=2.326×10-8 )

-+-

HCO3H+CO32 (Ka2=5.6×10-11)

可以看出,溶液中的主要平衡是碳酸根的水解平衡,碳酸氢根离子的水解与电离、水的电离

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都可以忽略不计。这样一来,c(HCO3)≈0.100mol·L1 因为CO32的水解常数Kb1与

--

0.1mol/L相比,还是小得多,所以,c(CO32) ≈ 0.1mol/L,根据CO32的水解常数表达式:

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c(OH) =Kb1×c(CO32)/c(HCO3)≈ Kb1=1.786×10-4mol·L1 +-c(H) =Kw/ Kb1=Ka2(H2CO3)=5.6×10-11 mol·L1

c(CO32)=0.100-c(OH) c(HCO3)=0.100+c(H)

----

c(H2CO3)=Kb2×c(HCO3)/c(OH)=2.326×10-8×0.100÷(1.786×10-4)=1.3×105mol·L1

+---+

c(Na) > c(HCO3) > c(CO32) > c(OH) > c(H2CO3) > c(H)

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