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本文拟结合具体实例,介绍弱酸弱碱盐溶液水解常数(Khθ)、水解度(h)及pH的计算方法,供参考.
[例]. 试计算25℃时,0.10mol·dm-3的NH4OAc(aq)的水解常数(Khθ)、水解度(h)及pH;
相关反应及平衡常数参见如下反应①、②、③及④所示[1]:
① H2O(l)→H+(aq)+OH-(aq) Kwθ=1.0×10-14;
② HOAc(aq)→H+(aq)+OAc-(aq) Kaθ=1.8×10-5;
③ NH3·H2O(aq)→NH4+(aq)+OH-(aq) Kbθ=1.8×10-5;
④NH4OAc(aq)+H2O(l)→HOAc(aq)+NH3·H2O(aq) Khθ=?.
备注:醋酸铵(或NH4OAc)为典型的弱酸弱碱盐.
1. 水解常数(Khθ)的计算
由反应①、②、③及④观察可得:
④=①-②-③
依据多重平衡规则可得:
(1)
将Kwθ、Kaθ及Kbθ数据依次代入式(1),并整理可得:
(2)
式(2)数据显示25℃时醋酸铵溶液的水解程度较弱.
2. 水解度(h)的计算
设:解离平衡时c(HOAc)=c(NH3·H2O)=x
醋酸铵溶液的水解反应及浓度关系参见如下式(3)所示:
NH4+(aq)+OAc-(aq)+H2O(l)→HOAc(aq)+NH3·H2O(aq) (3)
初始浓度(/mol·dm-3) 0.10 0.10 0 0
平衡浓度(/mol·dm-3) 0.10-x 0.10-x x x
则: (4)
由于,010-x≈0.10
将结果代入式(4),并整理可得:
(5)
则醋酸铵溶液的水解度:
(6)
式(6)结合式(5)可得:
(7)
备注:式(6)中c0代表弱酸弱碱盐的初始浓度.
3. pH值的计算
依题:反应②HOAc(aq)→H+(aq)+OAc-(aq)是系统诸多平衡中的一个平衡,则:
(8)
由式(8)可得:
(9)
另由式(3)结合式(2)可得:
(10)
由式(10)变形可得:
(11)
将式(11)代入式(9),并整理可得:
(12)
将HOAc及NH3·H2O的解离常数依次代入式(12),并整理可得:
则:pH=-lg(10-7)=7 (13)
式(13)显示:25℃时,0.10mol·dm-3的NH4OAc(aq)的pH=7,水解后NH4OAc(aq)显中性.
4. 结论
对于25℃弱酸弱碱盐溶液的水解反应,
⑴;
⑵;
⑶ .
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,2018,6:480-481.
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