5、3、2、 多元弱酸的解离平衡
多元酸:含有一个以上可以电离的H ,如H2SO4、H3PO4、H2S、H2CO3、H2SO3。
一元弱酸的解离过程是一步完成的,多元酸的电离是分步进行的。前面所讨论的一元弱酸的解离平衡原理,完全适用与多元弱酸弱碱的解离平衡。 现以氢硫酸为例来讨论多元弱酸的解离平衡,其分步解离平衡为:
第一步: H2S (aq) H2O(l) HS- (aq) H3O (aq)
=
第二步: HS- (aq) H2O(l) S2-(aq) H3O (aq)
=
分析氢硫酸的分步解离可以发现:第一步解离中的共轭碱HS-是第二步解离中的酸,其共轭碱为二元酸的酸根离子S2-,所以HS-是两性物质。另外,在多元弱酸的溶液中,实际上存在多个解离平衡,除了酸自身的多步解离平衡之外,还有溶剂水的解离平衡。它们能同时很快达到平衡。这些平衡中有相同的物种H3O ,平衡时溶液中的 保持恒定。此时 满足各平衡的平衡常数表达式的数量关系。关键是各平衡的 的相对大小不同,它们解离出来的H3O 对溶液中H3O 的总浓度贡献不同。少数多元弱酸的 相差很小,多数多元弱酸的 都相差很大。这种情况下,溶液中的H3O 主要来自于第一步解离反应,溶液中的 的计算可按一元弱酸的解离平衡做近似处理。
总解离平衡:
H2S (aq) H2O(l) S2- (aq) H3O (aq)
例5-4
小结:
●多元弱酸的电离是分步进行的,一般 >> 时可以认为溶液中的H3O 主要来自于弱酸的第一步电离,计算 或 pH 时,可只考虑第一步电离。
●对于二元弱酸 ,当 >> 时,c(酸根离子) ≈ ,而与弱酸的初始浓度无关。如对于H2S,c(S2-) ≈ ,但 ≠2 。c(酸根离子)与[ ]2成反比,调节溶液的pH,可以控制c(酸根离子)。
●c(酸根离子) ≈ ,这个结论不能简单地推论到三元弱酸溶液中。
●在多元弱酸溶液中,酸根浓度极低,在需要大量酸根离子参加的化学反应中,要用相应的盐而不是相应的酸.
●两种酸相混合
( )相差很大,只考虑电离常数大的弱酸(碱),相差不大,同时考虑。如二元弱酸与强酸的混合溶液中 , 主要来自强酸解离出的H3O 。5、3、3、盐溶液的酸碱平衡
盐溶液有中性、酸性或碱性,这取决于组成盐的阳离子和阴离子的酸碱性。
盐在水中离解所产生的阴阳离子与水发生质子转移的反应叫做水解反应。能与水发生质子转移的反应的离子物种被称为离子酸或离子碱。由强酸强碱所生成的盐在水中完全解离产生的阴、阳离子不水解,其水溶液为中性。除此之外,其它各类盐在水中解离所产生的阳、阴离子则不然。它们中的一种或多种离子可发生水解。它们的溶液的酸碱性取决于离子酸和离子碱的相对强弱。
1、强酸弱碱盐(离子酸)
通常,强酸弱碱盐在水中完全解离生成的 阳离子,如 、NH4 …在水溶液中发生质子转移反应,它们的水溶液呈酸性。例如NH4CL在水中全部解离:
CL-(ad)与水不反应,而NH4 (ad)与水反应:
该质子转移反应中NH4 是酸,起共轭碱为NH3,反应的标准平衡常数为离子酸NH4 的解离常数,其表达式为:
又称为NH4 的水解常数 , 与其共轭碱NH3的解离常数 有一定的联系:
任何一对共轭酸碱的解离常数都符合这一关系,可简化为通式:
将等式两边分别取负对数:
-lgK⊙a-lgK⊙b=-lgK⊙w
25℃下 pK⊙a pK⊙b=pK⊙w
显然,Kb越小,则弱碱的阳离子水解的Kh越大,二者成反比关系。
水解度:α =
稀释定律
根据上式可以求得离子酸、碱的K⊙a、K⊙b。用计算一般弱酸、弱碱平衡组成的同样方法,可以确定盐溶液的平衡组成和PH。
例题5-5第123
许多水合金属离子,如 , …多半是半径小、所带正电荷教多的金属离子,它们的水溶液均为酸性。这也是由于水合金属离子与容积水发生了质子转移反应引起的。例如:
2、弱酸强碱盐(离子碱)
NaAc、NaCN…这类一元弱酸强碱盐的水溶液显碱性。这些盐在水中完全解离生成的阳离子(如Na ,K )往往并不发生水解,而阴离子在水中发生质子转移反应。例如NaAc水溶液中
Na (ad)与水不反应,而Ac- (ad)与水反应:
该质子转移反应中Ac-是碱,共轭酸为HAc,反应的标准平衡常数为离子碱Ac-的解离常数,其表达式为:
又称为Ac-的水解常数 , 与其共轭酸HAc的解离常数 有一定的联系:
稀释定律
多元弱酸强碱盐溶液也呈碱性,它们在水中离解产生的阴离子是多元离子碱,如同多元弱酸一样,这些阴离子与水之间的质子转移反应也是分步进行的,平衡时有相应的解离常数,共轭酸碱解离常数的关系也符合 。
多元弱酸强碱盐中阴离子的第一级解离(水解)反应是主要的。
例题:第123 5-6
盐溶液酸碱性的一般规律:125。
3、在酸式盐溶液中,两性物质既能解离,又能水解,溶液的酸碱性取决于解离常数和水解常数。例如, , 溶液呈酸性; , 溶液呈碱性。
4、在弱酸弱碱盐溶液中,阴离子和阳离子都能水解,且相互促进,使得水解度增大。溶液的酸碱性取决于它们水解常数的相对大小。例如 ,所以 NH4CN溶液呈碱性。
5、影响盐类水解的因素及应用
化学平衡移动的一般规律适用于盐溶液中的质子转移反应,影响盐类水解的因素只有温度和浓度。盐的水解反应是中和反应的逆反应,中和反应的反应热往往比较大,如氨水与盐酸的中和反应:
;
水解反应的 。由于, 当温度改变时, 基本不变,而 变化较大,所以 随着温度升高而增大,水解加剧。稀释定律同样使用于盐类的水解反应。当温度一定时,盐浓度愈小,水解度愈大。总之,加热和稀释都有利于盐类的水解。在化工生产和实验室中,水解现象是经常遇到的,有时配制某些盐溶液,常由于这些盐的水解而不能得到这些盐的澄清溶液。例如:
为了防止水解的发生,利用改变酸度的方法,使水解平衡发生移动。通常先将盐溶于较浓的相应酸中,然后在加水稀释到一定的浓度。然而,有时人们不是抑制盐的水解而是利用盐类水解反应生成沉淀,如利用水解反应除去无机化合物中的Fe3 .