Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Пример 3.4. Вычислим значение pH раствора 1,00 MH3PO4.
Решение. Составим уравнения ионизации H3PO4 с учетом последовательного отщепления трех протонов, выпишем из справочной таблицы (приложение 11) значения соответствующих констант ионизации. В итоге получим уравнения:
H3PO4(P) H+(P)+H2PO4(P),
H2PO4(P) Н+(р) + НР042"(р),
HPO42 (р) *=fc H+(р)+ PO43 (р), и выражения констант ионизации:
[H-I[H2PO/] [H1POJ ^[?-T][HPO/]
[н;ро;] ^.[Н-ЦРОЛ. 4,8,10Л
[HPO4*"]
Введем обозначение концентраций для первой стадии ионизации. Концентрации указаны под формулами соответствующих веществ:
H3PO4(P) H+(P) + H2PO4(P),
Концентрация (M):
исходная 1,00 -0(10"7) О
изменение -х +х +х
равновесная 1,00 - х х х
Подставим концентрации веществ в выражение константы ионизации: KkI = —= 7,5-1 СГ\
1,00-х
Решив квадратное уравнение, получим X=[H+I = [H2PO4 ] = 0,08 М.
Проведем аналогичные вычисления для второй стадии ионизации:
H2PO4(P) =?==*= H+(P) + HPO42 (Р)) Концентрация (M):
исходная 0,08 0,08 0 изменение ~х -1-х -)-х равновесная 0,08-лг 0,08 + х X 109
(0,08^).^ Q, (0,08 -x)
Учитывая малую величину КК2, можно прогнозировать, что величина х также будет иметь очень низкое значение и ею можно пренебречь в выражениях (0,08 + д;) и (0,08 - х). Отсюда A: = 6,2•1O-8 М. Эта величина слишком мала по сравнению с [H+] = 0,08 M Тем более не имеет смысла вычислять величину [H+] для третьей стадии ионизации.
Следовательно,
pH = - log[H+] = - log 0,08 = 1,10.
Ответ: степень ионизации 1,00 MH3PO4 за счет первой стадии достигает 8 % и [H+] = 0,08 М. По этим показателям H3PO4 можно отнести к кислотам средней силы.
Ионизация слабых оснований. Поведение слабых оснований в водных растворах во многом аналогично ионизации слабых кислот. Если кислотные свойства связывают с наличием в растворе ионов H+, то основные свойства - с наличием ионов ОН". Согласно теории Бренстеда - Лоури основания не обязательно должны содержать ионы ОН" в своем составе. Такие ионы могут образоваться в растворе в результате взаимодействия основания с водой: основание присоединяет протон, отрывая его от воды, и в растворе остаются ионы ОН".
Рассмотрим ионизацию основания на примере раствора NH3:
NH3(P)+ Н20(ж) NH4+(P) + ОН-(р).
основание кислота сопряженная сопряженное кислота основание
Поскольку основание является слабым, равновесие реакции его ионизации сдвинуто в левую сторону по уравнению.
Составим уравнение ионизации слабого основания в общем виде:
В(р) + Н20(ж) *=* HB+(P) + он-(р). Концентрационная константа ионизации основания
к _ [HB+][OH-] С [B][H2O] '
Полагая величину [H2O] постоянной, упростим уравнение и вместо Кс введем величину константы ионизации основания или константу основности K0.
Ко = [HB+][OH-]
[В]
Значения K0 для некоторых слабых оснований приведены в приложении 11. Величина X0 позволяет решать примерно тот же круг задач, которые связаны с величиной Кк.
Пример 3.5. Вычислим значения [ОН-], рОН и pH в водном растворе 0,15 MNH3 при 25 °С, величина K0 = 1,8-10'5.
по
В.В. Вольхин. Общая химия
Решение. Составим уравнение реакции ионизации NH3 в водном растворе и определим концентрации основных участников реакции в исходном и равновесном состояниях
NH3(P) + Н20(ж) NH4+(P) +ОН(р),
Концентрации (M):
исходная 0,15 О «0(1O7)
изменение -х +х +х
равновесная 0,15 -х х х
Подставим величины концентраций в выражение K0.
[NH3] 0,15-х
Примем (0,15 - х) s 0,15 с последующей проверкой этого допущения х = (0,15-1,8 ?IO5)1'2= 1,6-10 3 М.
Сопоставляя величины 0,15 и 1,6?IО"3, можно убедиться, что величина х составляет лишь 1,1 % от [NHj]0. Следовательно, использованное нами допущение вполне оправдано. Далее вычислим искомые величины [ОН""], рОН и pH.
[ОН ] -XS= 1,6-10'3 М. рОН = - log[OH] = 2,8. pH « 14,0 - рОН = 14,0 - 2,8 = 11,2.
Раствор основания является щелочным, pH > 7.
Взаимосвязь между величинами Кк и K0. Для выявления взаимосвязи между константами кислотности и основности еще раз проанализируем реакцию ионизации слабого основания в водном растворе.
NH3(P) + Н20(ж) *=* NH4+(P) + ОН-(р). основание кислота сопряженная сопряженное
кислота основание
Основанию соответствует в правой части уравнения сопряженная кислота, а кислоте - сопряженное основание.
Рассмотрим реакцию взаимодействия кислоты NH4+ с водой, она выражается уравнением
NH4+(P) + Н20(ж, NH3(P) + H3O+(P).
кислота основание сопряженное сопряженная
основание кислота
Просуммируем эти два уравнения:
NH3(P) + H2O(JK) 5F=*= NH4+(P) + OH-(P), K0 NH4+(P) + Н20(Ж) NH3(P) +H3O+(P)5 Кк
Н20(ж)+Н20(Ж) Н30+(р)+OH-(P), Kn
Ионные равновесия в растворах
111
Вспомним, что при сложении уравнений соответствующие им константы равновесия перемножаются. Следовательно,
KK-K0 = K». (3.1)
Несмотря на то, что ионизацию слабых кислот удобно характеризовать величиной КК, а ионизацию слабых оснований - величиной K0, для каждого из этих типов электролитов могут быть вычислены обе величины: константа кислотности КК и константа основности K0.
