If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Равновесие на слаба киселина-основа

Реакциите на йонизация на слаби киселини и основи и свързаните с тях равновесни константи Ka и Kb. Връзка на Ka и Kb с pH, и изчисляване на процент на дисоциация.

Ключови точки:

  • Обобщената еднопротонна слаба киселина start text, H, A, end text и нейната спрегната основа start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, имат равновесна константа със следната форма:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
  • Киселинната дисоциационна константа K, start subscript, start text, a, end text, end subscript определя количествено степента на дисоциация на дадена слаба киселина. Колкото по-голяма е стойността на K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, толкова по-силна е киселината, и обратното.
  • Обобщената слаба основа start text, B, end text и нейната спрегната киселина start text, B, H, end text, start superscript, minus, end superscript, имат равновесна константа със следната форма:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
  • Основната дисоциационна константа (или основна йонизационна константа) K, start subscript, start text, b, end text, end subscript определя количествено степента на йонизация на слаба основа. Колкото по-голяма е стойността на K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, толкова по-силна е основата, и обратното.

Силни и слаби киселини и основи

Силните киселини и силните основи са съединения, които се разтварят напълно и образуват йони в разтвора. За разлика от тях, слабите киселини и основи се йонизират само частично, а реакцията на йонизация е обратима. Така разтворите на слаби киселини и основи съдържат няколко заредени и незаредени съединения в динамично равновесие.
В тази статия ще обсъдим реакциите на дисоциация на киселини и основи и свързаните с тях равновесни константи: K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, киселинната дисоциационна константа и K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, основната дисоциационна константа.

Загрявка: Сравнение на сила на киселината и start text, p, H, end text

Задача 1: Слаби и силни киселини с еднаква концентрация

Имаме два водни разтвора: 2, comma, 0, start text, M, end text разтвор на флуороводородна киселина, start text, H, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, и 2, comma, 0, start text, M, end text разтвор на бромоводородна киселина, start text, H, B, r, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis. Кой от двата разтвора има по-ниско start text, p, H, end text?
Избери един отговор:
Избери един отговор:

Задача 2: Слаби и силни киселини с различни концентрации

Този път имаме 2, comma, 0, start text, M, end text разтвор на флуороводородна киселина, start text, H, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, и 1, comma, 0, start text, M, end text разтвор на бромоводородна киселина, start text, H, B, r, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis. Кой разтвор има по-ниско start text, p, H, end text?
Приемаме, че не знаем равновесната константа за дисоциация на флуороводородна киселина.
Избери един отговор:
Избери един отговор:

Слаби киселини и дисоциационна константа на киселината, K, start subscript, start text, a, end text, end subscript

Слабите киселини са киселини, които не се разтварят напълно. С други думи слаба е всяка киселина, която не е силна киселина.
Силата на слаба киселина зависи от това до каква степен се дисоциира: колкото повече се дисоциира, толкова по-силна е киселината. За да определим относителната силна на киселината на слаби киселини, можем да разгледаме константата на дисоциация на киселини K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, равновесната константа за реакция на дисоциация на киселини.
За обобщената еднопротонна слаба киселина start text, H, A, end text, реакцията на дисоциация във вода може да бъде записана по следния начин:
start text, H, A, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Според тази реакция можем да запишем нашия израз за равновесната константа K, start subscript, start text, a, end text, end subscript:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
Равновесният израз е отношение на продукти към реактанти. Колкото повече start text, H, A, end text се дисоциира до start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript и спрегнатата основа start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, толкова по-силна е киселината и стойността на K, start subscript, start text, a, end text, end subscript е по-висока. Тъй като start text, p, H, end text е свързано с open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, start text, p, H, end text на разтвора ще бъде функция на K, start subscript, start text, a, end text, end subscript и на концентрацията на киселината: start text, p, H, end text намалява с повишаването на концентрацията на киселината и/или нарастването на K, start subscript, start text, a, end text, end subscript.

Често срещани слаби киселини

Ябълчената киселина, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 5, end subscript, е органична киселина, която се среща в ябълките. Image from Wikimedia Commons, CC BY-SA 3,0.
Карбоксилните киселини са често срещани функционална група в органичните слаби киселини и имат формулата minus, start text, C, O, O, H, end text. Ябълчената киселина left parenthesis, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 5, end subscript, right parenthesis, органична киселина, която съдържа две групи карбоксилни киселини, допринася за тръпчивия вкус на ябълките и други плодове.Тъй като в молекулата на ябълчената киселина има две карбоксилни групи, киселината има потенциал да отдаде до два протона.
На таблицата по-долу са показани няколко примера за слаби киселини и техните стойности K, start subscript, start text, a, end text, end subscript.
ИмеФормулаK, start subscript, start text, a, end text, end subscript, left parenthesis, 25, degrees, start text, C, end text, right parenthesis
Ammoniumstart text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript5, comma, 6, dot, 10, start superscript, minus, 10, end superscript
Chlorous acidstart text, H, C, l, O, end text, start subscript, 2, end subscript1, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript
Hydrofluoric acidstart text, H, F, end text7, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Acetic acidstart text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Проверка на концепция: Според дадената таблица, коя от киселините е по-силна - оцетната киселина или флуороводородната киселина?

Пример 1: Изчисляване на % на дисоциацията на слаба киселина

Един начин да определим каква част от слабата киселина се е дисоциирала в разтвора е да изчислим процента на дисоциация. Процентът на дисоциация за слабата киселина start text, H, A, end text може да се изчисли по следния начин:
Ако азотистата киселина left parenthesis, start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, right parenthesis има K, start subscript, start text, a, end text, end subscript равно на 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript при 25, degrees, start text, C, end text, какъв е процентът на дисоциация на азотиста киселина в 0, comma, 400, start text, space, M, end text разтвор?
Да разгледаме примера стъпка по стъпка!

Стъпка 1: Напиши балансирана реакция на дисоциация на киселина

Първо нека да напишем балансираната реакция на дисоциация на start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript във вода. Азотистата киселина може да отдаде на водата протон и да образува start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis:
start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis

Стъпка 2: Напиши израза за K, start subscript, start text, a, end text, end subscript

От уравнението в Step 1 можем да запишем израза за K, start subscript, start text, a, end text, end subscript на азотистата киселина:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, close bracket, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript

Стъпка 3: Намери open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket и open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket при равновесие

След това можем да използваме start text, I, C, E, end text таблицата, за да определим алгебричните изрази за равновесните концентрации в нашия израз за K, start subscript, start text, a, end text, end subscript:
start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis\rightleftharpoonsstart text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscriptstart text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript
Начално0, comma, 400, start text, M, end text00
Промянаminus, xplus, xplus, x
Равновесие0, comma, 400, start text, M, end text, minus, xxx
Заместваме равновесните концентрации в израза K, start subscript, start text, a, end text, end subscript и получаваме:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, left parenthesis, x, right parenthesis, left parenthesis, x, right parenthesis, divided by, left parenthesis, 0, comma, 400, start text, M, end text, minus, x, right parenthesis, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Опростяваме израза и получаваме следното:
start fraction, x, squared, divided by, 0, comma, 400, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Това е квадратно уравнение, което може да бъде решено за x с използване на квадратна формула или чрез метод за приближение.
И двата метода ни дават x, equals, 0, comma, 0126, start text, space, M, end text. Следователно open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket, equals, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, equals, 0, comma, 0126, start text, space, M, end text.

Стъпка 4: Изчисли процент на дисоциацията

За да изчислим процента на дисоциация, можем да използваме равновесните концентрации, които намерихме в Стъпка 3:
Следователно 3, comma, 2, percent от start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript в разтвора е дисоциирана на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript и start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript йони.

Слаби основи и K, start subscript, start text, b, end text, end subscript

Да разгледаме основната дисоциационна константа (наречена още основна йонизационна константа) K, start subscript, start text, b, end text, end subscript. Можем да започнем като разпишем йонизационната реакция за общата слаба основа start text, B, end text във вода. В тази реакция основата приема протон от водата, за да образува хидроксид и спрегнатата киселина start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript:
start text, B, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Можем да запишем израза за равновесната константа K, start subscript, start text, b, end text, end subscript по следния начин:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
О това отношение виждаме, че колкото повече основата се йонизира до образуването на start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, толкова по-силна е основата и по-голяма стойността на K, start subscript, start text, b, end text, end subscript. Тогава start text, p, H, end text на разтвора ще бъде функция на двете стойности - K, start subscript, start text, b, end text, end subscript и концентрацията на основата.

Пример 2: Изчисляване на start text, p, H, end textна разтвор на слаба основа

Каква е стойността на start text, p, H, end text на 1, comma, 50, start text, space, M, end text разтвор на амоняк (start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript)? left parenthesis, K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, right parenthesis
Този пример е задача за равновесие с една допълнителна стъпка: намиране на start text, p, H, end text от open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket. Да разгледаме изчисленията стъпка по стъпка.

Стъпка 1: Напиши балансирана реакция на йонизация

Първо нека да напишем реакцията за йонизация на основа за амоняка. Амонякът ще приеме протон от водата и ще образува амоний, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript:
start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis

Стъпка 2: Напиши израза за K, start subscript, start text, b, end text, end subscript

От това балансирано уравнение можем да запишем израза за K, start subscript, start text, b, end text, end subscript:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, close bracket, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript

Стъпка 3: Намери open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, close bracket and open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket при равновесие

За да определим равновесните концентрации, използваме таблицата start text, I, C, E, end text:
start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis\rightleftharpoonsstart text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscriptstart text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript
Начално1, comma, 50, start text, M, end text00
Промянаminus, xplus, xplus, x
Равновесие1, comma, 50, start text, M, end text, minus, xxx
Заместваме равновесните стойности в нашия израз K, start subscript, start text, b, end text, end subscript и получаваме следното:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, left parenthesis, x, right parenthesis, left parenthesis, x, right parenthesis, divided by, 1, comma, 50, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Опростяваме и получаваме:
start fraction, x, squared, divided by, 1, comma, 50, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Това е квадратно уравнение, което може да бъде решено с използване на квадратната формула или правилен метод за приближение. И двата метода ще ни дадат решение
x, equals, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, equals, 5, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 3, end superscript, start text, space, M, end text

Стъпка 4: Намери start text, p, H, end text от open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket

След като вече знаем концентрацията на хидроксида, можем да изчислим start text, p, O, H, end text:
pOH=log[OH]=log(5,2103)=2,28\begin{aligned}\text{pOH}&=-\log[\text{OH}^-]\\ \\ &=-\log(5{,}2\cdot10^{-3})\\ \\ &=2{,}28\end{aligned}
Припомни си, че при 25, degrees, start text, C, end text, start text, p, H, end text, plus, start text, p, O, H, end text, equals, 14. Разместваме това уравнение и получаваме:
start text, p, H, end text, equals, 14, minus, start text, p, O, H, end text
Заместваме в нашата стойност за start text, p, O, H, end text и получаваме:
start text, p, H, end text, equals, 14, comma, 00, minus, left parenthesis, 2, comma, 28, right parenthesis, equals, 11, comma, 72
Следоватено start text, p, H, end text на разтвора е 11, comma, 72.

Често срещани слаби основи

От ляво, структура на пиридин. От дясно, обща структура на амин: неутрален азотен атом с единични връзки с R1, R2 и R3.
Пиридин (ляво) е циклично азот-съдържащо съединение. Амини (дясно) са органични съединения, които съдържат неутрален азот с три единични връзки с водород или въглерод. И двете молекули действат като слаби основи.
От сапуни до домакински почистващи препарат, слабите основи са навсякъде около нас. Амините, неутрален азот с три връзки към други атоми (обикновено въглерод или водород) са често срещани функционални групи в органичните слаби основи.
Амините действат като основи, тъй като несвързаната двойка електрони на азота може да приема start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Амонякът (start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript) е пример за аминна основа. Пиридинът (start text, C, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, N, end text) е друг пример за азот съдържаща основа.

Обобщение

  • Обобщената еднопротонна слаба киселина start text, H, A, end text и нейната спрегната основа start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, имат равновесна константа със следната форма:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
  • Киселинната дисоциационна константа K, start subscript, start text, a, end text, end subscript определя количествено степента на дисоциация на дадена слаба киселина. Колкото по-голяма е стойността на K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, толкова по-силна е киселината, и обратното.
  • Обобщената слаба основа start text, B, end text и нейната спрегната киселина start text, B, H, end text, start superscript, minus, end superscript, имат равновесна константа със следната форма:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
  • Основната дисоциационна константа (или основна йонизационна константа) K, start subscript, start text, b, end text, end subscript определя количествено степента на йонизация на слаба основа. Колкото по-голяма е стойността на K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, толкова по-силна е основата, и обратното.

Опитай!

Задача 1: Намиране на K, start subscript, start text, b, end text, end subscript от start text, p, H, end text

1, comma, 50, start text, space, M, end text разтвор на пиридин (start text, C, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, N, end text), има start text, p, H, end text 9, comma, 70 при 25, degrees, start text, C, end text. Каква е стойността на K, start subscript, start text, b, end text, end subscript на пиридина?
Избери един отговор:
Избери един отговор: