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在无机化学酸碱平衡计算时,经常会遇到一个前提,即:(c/cθ)/Kθi≥500. 本文拟探讨该前提的由来.
"(c/cθ)/Kθi≥500"前提的出现
例[1]:试计算25℃、标准状态下0.1mol·dm-3氨水溶液中的c(OH-)和NH3·H2O的解离度(α). 已知25℃
时,NH3·H2O的Kθb=1.8×10-5.
解: NH3·H2O → NH4+(aq) + OH-(aq)
初始浓度(/mol·dm-3) c 0 0
平衡浓度(/mol·dm-3) c-cα cα cα
则:Kθb={[c(NH4+)/cθ]·[c(OH-)/cθ]}/[c(NH3·H2O)/cθ] (1)
将已知数据代入式(1)并化简可得:
Kθb=(c/cθ)α2/(1-α) (2)
如果:(c/cθ)/Kθb≥500,则:1-α≈1
此时式(2)可化简为:Kθb=(c/cθ)α2 (3)
至此“(c/cθ)/Kθi≥500"前提出现,并完成其使命.
2. "(c/cθ)/Kθi≥500"前提的解释
式(2)变形可得:Kθb=(c/cθ)α2+α·Kθb (4)
结合式(3)及(4)可得:
(c/cθ)α2>>α·Kθb (5)
式(5)不等式两边同除α,并化简可得:(c/cθ)/Kθb≥1/α (6)
令:(c/cθ)/Kθb=y
则:y与500、1/α相对大小关系参见图1.
图1中1/α与500的相对位置可以变动,可分如下三种情况.
2.1 1/α>500
此时图1中1/α的位置位于500的右侧, α<0.002 ,1-α≈1成立.
2.2 1/α=500
此时图1中1/α的位置与500重合,α=0.002 ,1-α≈1成立.
2.3 1/α<500
此时图1中1/α的位置位于500的左侧,α>0.002 .
另一方面由于y=(c/cθ)/Kθb≥500,Kθb值较小,对应的碱为弱碱,α的值同样不可能大,1-α≈1也近似成立.
综上所述,如果(c/cθ)/Kθb≥500,可得出:1-α≈1 (7)
3. 结论
(c/cθ)/Kθi≥500 条件下,可得出:1-α≈1 .
参考文献
[1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学(第五版). 北京:高等教育出版社, 2018,6:57
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