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 слаба киселина-основа

Реакциите на дисоциация на слаби киселини и основи и свързаните с тях равновесни константи Ka и Kb. Връзка на Ka и Kb с pH и изчисляване на степен на електролитна дисоциация.

Ключови точки:

  • За общия случай на еднопротонна слаба киселина HA и нейната спрегната основа A равновесната константа има следния вид:
Ka=[H3O+][A][HA]
  • Константата на киселинна дисоциация Ka определя количествено степента на дисоциация на дадена слаба киселина. Колкото по-голяма е стойността на Ka, толкова по-силна е киселината, и обратното.
  • За общия случай на слаба основа B и нейната спрегната киселина BH равновесната константа има следния вид:
Kb=[BH+][OH][B]
  • Константата на дисоциация на основа (или основна йонизационна константа) Kb определя количествено степента на дисоциация на слаба основа. Колкото по-голяма е стойността на Kb, толкова по-силна е основата, и обратното.

Силни и слаби киселини и основи

Силните киселини и силните основи са съединения, които се дисоциират напълно на йони в разтвора. За разлика от тях слабите киселини и основи се дисоциират само частично, а реакцията на дисоциация е обратима. Така разтворите на слаби киселини и основи съдържат едновременно заредени и незаредени частици в динамично равновесие.
В тази статия ще обсъдим реакциите на дисоциация на киселини и основи и свързаните с тях равновесни константи: Ka, константа на киселина дисоциация, и Kb, константа на дисоциация на основа.

Загрявка: Сравняване на силата на киселини и pH

Задача 1: Слаби и силни киселини с еднаква концентрация

Дадени са два водни разтвора: 2,0M разтвор на флуороводородна киселина (HF) и 2,0M разтвор на бромоводородна киселина (HBr). Кой от двата разтвора има по-ниско pH?
Избери един отговор:

Задача 2: Слаби и силни киселини с различни концентрации

Този път са дадени 2,0M разтвор на флуороводородна киселина (HF) и 1,0M разтвор на бромоводородна киселина (HBr). Кой разтвор има по-ниско pH?
Приемаме, че не знаем равновесната константа за дисоциация на флуороводородна киселина.
Избери един отговор:

Слаби киселини и константа на киселинна дисоциация Ka

Слабите киселини са киселини, които не се дисоциират напълно. С други думи, слаба е всяка киселина, която не е силна киселина.
Силата на една слаба киселина зависи от това до каква степен се дисоциира: колкото в по-голяма степен се дисоциира, толкова по-силна е киселината. За да определим относителната сила на киселината в случая на слаби киселини, можем да разгледаме константата на киселинна дисоциация Ka – равновесната константа за реакция на дисоциация на киселини.
В общия случай за еднопротонна слаба киселина HA реакцията на дисоциация във вода може да бъде записана по следния начин:
HA+H2OH3O++A
Според тази реакция можем да запишем нашия израз за равновесната константа Ka:
Ka=[H3O+][A][HA]
Равновесният израз е отношение на продукти към реактанти. Колкото повече HA се дисоциира до H+ и спрегнатата основа A, толкова по-силна е киселината и стойността на Ka е по-висока. Тъй като pH е свързано с [H3O+], pH на разтвора ще бъде функция на Ka и на концентрацията на киселината: pH намалява с повишаването на концентрацията на киселината и/или нарастването на Ka.

Често срещани слаби киселини

Ябълчената киселина (C4H6O5) е органична киселина, която се среща в ябълките. Изображение от Wikimedia Commons, CC BY-SA 3,0.
Карбоксилните киселини са често срещани сред органичните слаби киселини и съдържат функционалната група COOH. Ябълчената киселина (C4H6O5) е органична киселина, която съдържа две карбоксилни групи и 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.
В таблицата по-долу са показани няколко примера за слаби киселини и съответните стойности на Ka.
ИмеФормулаKa(25C)
АмонийNH4+5,61010
Хлориста киселинаHClO21,2102
Флуроводородна киселинаHF7,2104
Оцетна киселинаCH3COOH1,8105
Проверка на концепция: Според дадената таблица определи коя от киселините е по-силна – оцетната киселина или флуороводородната киселина?

Пример 1: Изчисляване на степента на дисоциация на слаба киселина

Един начин да определим каква част от слабата киселина се е дисоциирала в разтвора е да изчислим степента на дисоциация. Процентът на дисоциация за слабата киселина HA може да се изчисли по следния начин:
% дисоциация=[A][HA]100%
Ако азотистата киселина (HNO2) има Ka равно на 4,0104 при 25C, каква е степента на дисоциация на азотиста киселина в 0,400 M разтвор?
Да разгледаме примера стъпка по стъпка!

Стъпка 1: Напиши балансирана реакция на дисоциацията на киселината

Първо нека да напишем балансираната реакция на дисоциацията на HNO2 във вода. Азотистата киселина може да отдаде на водата протон и да образува NO2:
HNO2+H2OH3O++NO2

Стъпка 2: Напиши израза за Ka

От уравнението в стъпка 1 можем да запишем израза за Ka на азотистата киселина:
Ka=[H3O+][NO2][HNO2]=4,0104

Стъпка 3: Намери [H+] и [NO2] при равновесие

След това можем да използваме НПР таблицата, за да определим алгебричните изрази за равновесните концентрации в нашия израз за Ka:
HNO2H3O+NO2
Начално0,400M00
Промянаx+x+x
Равновесие0,400Mxxx
Заместваме равновесните концентрации в израза Ka и получаваме:
Ka=(x)(x)(0,400Mx)=4,0104
Опростяваме израза и получаваме следното:
x20,400Mx=4,0104
Това е квадратно уравнение, от което можем да изразим x, като използваме формулата за корените на квадратно уравнение или чрез метод за апроксимация.
И двата метода ни дават x=0,0126 M. Следователно [NO2]=[H3O+]=0,0126 M.

Стъпка 4: Изчисли степента на дисоциацията

За да изчислим степента на дисоциация, можем да използваме равновесните концентрации, които пресметнахме в стъпка 3:
% дисоциация=[NO2][HNO2]=0,0126 M0,400 M100%=3,2%
Следователно 3,2% от HNO2 в разтвора е дисоциирана на H+ и NO2 йони.

Слаби основи и Kb

Да разгледаме константата на дисоциация на основа Kb. Първо ще запишем реакцията на дисоциация за общия случай на слаба основа B във вода. В тази реакция основата приема протон от водата, за да образува хидроксид и спрегнатата киселина BH+:
B+H2OBH++OH
Можем да запишем израза за равновесната константа Kb по следния начин:
Kb=[BH+][OH][B]
От това отношение виждаме, че в колкото по-голяма степен основата се дисоциира до образуването на BH+, толкова по-силна е основата и по-голяма стойността на Kb. Тогава pH на разтвора ще бъде функция на двете стойности - Kb и концентрацията на основата.

Пример 2: Изчисляване на pH на разтвор на слаба основа

Каква е стойността на pH на 1,50 M разтвор на амоняк (NH3)? (Kb=1,8105)
Този пример е задача за равновесие с една допълнителна стъпка: намиране на pH от [OH]. 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, NH4+:
NH3+H2ONH4++OH

Стъпка 2: Напиши израза за Kb

От това балансирано уравнение можем да запишем израза за Kb:
Kb=[NH4+][OH][NH3]=1,8105

Стъпка 3: Намери [NH4+] и [OH] при равновесие

За да определим равновесните концентрации, използваме таблицата НПР:
NH3NH4+OH
Начално1,50M00
Промянаx+x+x
Равновесие1,50Mxxx
Заместваме равновесните стойности в нашия израз Kb и получаваме следното:
Kb=(x)(x)1,50Mx=1,8105
Опростяваме и получаваме:
x21,50Mx=1,8105
Това е квадратно уравнение, което може да бъде решено с използване на формулата за намиране на корените му или с подходящ метод за приближение. И при двата метода получаваме
x=[OH]=5,2103 M

Стъпка 4: Намери pH от [OH]

След като вече знаем концентрацията на хидроксида, можем да изчислим pOH:
pOH=log[OH]=log(5,2103)=2,28
Припомни си, че при 25C знаем, че pH+pOH=14. Разместваме това уравнение и получаваме:
pH=14pOH
Заместваме с нашата стойност за pOH и получаваме:
pH=14,00(2,28)=11,72
Следоватено pH на разтвора е 11,72.

Често срещани слаби основи

Отляво: структура на пиридин. Отдясно: обща структура на амин: неутрален азотен атом, свързан с единични връзки с R1, R2 и R3.
Пиридин (ляво) е циклично азотсъдържащо съединение. Амините (дясно) са органични съединения, които съдържат неутрален азотен атом, свързан с три единични връзки с водород или въглерод. И двете молекули действат като слаби основи.
От сапуните до домакинските почистващи препарати, слабите основи са навсякъде около нас. Аминогрупите, съдържащи неутрален азотен атом 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 несподелената двойка електрони на азота може да приема H+. Амонякът (NH3) е пример за такава основа. Пиридинът (C5H5N) е друг пример за азотсъдържаща основа.

Резюме

  • За общия случай на еднопротонна слаба киселина HA и нейната спрегната основа A равновесната константа има следния вид:
Ka=[H3O+][A][HA]
  • Константата на киселинна дисоциация Ka определя количествено степента на дисоциация на дадена слаба киселина. Колкото по-голяма е стойността на Ka, толкова по-силна е киселината, и обратното.
  • За общия случай на слаба основа B и нейната спрегната киселина BH равновесната константа има следния вид:
Kb=[BH+][OH][B]
  • Константата на дисоциация на основа (или основна йонизационна константа) Kb определя количествено степента на йонизация на слаба основа. Колкото по-голяма е стойността на Kb, толкова по-силна е основата, и обратното.

Опитай!

Задача 1: Намиране на Kb от pH

1,50 M разтвор на пиридин (C5H5N) има pH 9,70 при 25C. Каква е стойността на Kb на пиридина?
Избери един отговор:

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.