Основно съдържание
Химична библиотека
Курс: Химична библиотека > Раздел 13
Урок 2: Киселинно-основно равновесие- Равновесие на слаба киселина-основа
- Спрегнати двойки киселина-основа
- Връзка между Ka и Kb
- Връзка между Ka и Kb
- Ka и сила на киселината
- Равновесие при слаба киселина
- Равновесие при слаба основа
- Киселинно-алкални свойства на соли
- рН на разтвори на соли
© 2023 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки
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:
- 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:
- 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?
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.
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:
Според тази реакция можем да запишем нашия израз за равновесната константа K, start subscript, start text, a, end text, end subscript:
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
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.
Карбоксилните киселини са често срещани функционална група в органичните слаби киселини и имат формулата На таблицата по-долу са показани няколко примера за слаби киселини и техните стойности K, start subscript, start text, a, end text, end subscript.
Име | Формула | K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, left parenthesis, 25, degrees, start text, C, end text, right parenthesis |
---|---|---|
Ammonium | start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript | 5, comma, 6, dot, 10, start superscript, minus, 10, end superscript |
Chlorous acid | start text, H, C, l, O, end text, start subscript, 2, end subscript | 1, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript |
Hydrofluoric acid | start text, H, F, end text | 7, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript |
Acetic acid | start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text | 1, 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:
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:
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 | \rightleftharpoons | start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript | start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript | |
---|---|---|---|---|
Начално | 0, comma, 400, start text, M, end text | 0 | 0 | |
Промяна | minus, x | plus, x | plus, x | |
Равновесие | 0, comma, 400, start text, M, end text, minus, x | x | x |
Заместваме равновесните концентрации в израза K, start subscript, start text, a, end text, end subscript и получаваме:
Опростяваме израза и получаваме следното:
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:
Можем да запишем израза за равновесната константа K, start subscript, start text, b, end text, end subscript по следния начин:
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:
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:
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 | \rightleftharpoons | start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript | start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript | |
---|---|---|---|---|
Начално | 1, comma, 50, start text, M, end text | 0 | 0 | |
Промяна | minus, x | plus, x | plus, x | |
Равновесие | 1, comma, 50, start text, M, end text, minus, x | x | x |
Заместваме равновесните стойности в нашия израз K, start subscript, start text, b, end text, end subscript и получаваме следното:
Опростяваме и получаваме:
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
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:
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:
Заместваме в нашата стойност за start text, p, O, H, end text и получаваме:
Следоватено start text, p, H, end text на разтвора е 11, comma, 72.
Често срещани 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.
Резюме
- 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:
- 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:
- 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!
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.