pH的计算公式有什么区别呢?

作者&投稿:乌注 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 缓冲溶液pH值的计算公式,根据缓冲溶液的组成大致可分为两大类型。 1 由弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液
设弱酸的浓度为C酸(mol·L-1),弱酸盐的浓度为C盐(mol·L-1),在溶液中存在下列平衡:
HA H+ + A- [1] (P78)
平衡时: C酸-x xC盐+x
Ka°= x(C盐+x)/(C酸-x)
x = [H+] = Ka°(C酸-x)/(C盐+x)
由于Ka°值较小,且因存在同离子效应,此时x很小,因而C酸-x≈C酸,C盐+x≈C盐,所以
[H+] = Ka°C酸 / C盐
将该式两边取负对数:
-log[H+] =-logKa°-logC酸 / C盐,所以
pH = pKa°-logC酸 / C盐
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(1)
这就是计算一元弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液pH值的通式。
2 由弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液
设弱碱的浓度为C碱(mol·L-1),弱碱盐的浓度为C碱(mol·L-1),在溶液中存在下列平衡:
B + H2O BH+ + OH- [2] ( P140)
平衡时: C碱-x C盐+xx
Kb°= x(C盐+x)/ (C碱-x)
x = [OH-] = Kb°(C碱-x)/ (C盐+x)
由于Kb°较小,且因存在同离子效应此时x很小,因此C碱-x≈C碱,C盐+x≈C盐,所以,[OH-] = Kb°C碱 / C盐 将该式两边取负对数: -log[OH-] =-logKb°-logC碱 / C盐
pOH = p Kb°-logC碱 / C盐
又因pH = 14 - pOH,所以
pH = 14 -pKb°+ logC碱 / C盐
(2)
这就是计算一元弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液pH值的通式。
以上两种类型的缓冲溶液由于组成不同,其计算pH值的公式也不相同。这就给教师的教学和学生的学习带来一定困难。如果我们将这两种不同类型的缓冲溶液用酸碱质子理论进行处理,就可将这两种计算pH值的公式统一起来。讨论如下:
对于弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液,如HAc-NaAc缓冲溶液,根据酸碱质
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子理论Ac-可以接受质子是碱,而HAc可以给出质子是酸,它们是一共轭酸碱对。设Ac-的浓度为C碱(mol·L-1),HAc的浓度为C酸(mol·L-1),在溶液中存在下列解离平衡。
HAc H+ + Ac-
平衡时:C酸-x x C碱+x
Ka°= x(C碱+x)/ (C酸-x)
x = Ka°(C酸-x)/ (C碱+x)
因Ka°值较小,且因存在同离子效应,此时x很小,因而C酸-x≈C酸,C碱+x≈C碱,所以
x = [H+] = Ka°C酸 / C碱
将该式两边取负对数,得
-log[H+] =-logKa°-logC酸 / C碱
pH = p Ka°-logC酸 / C碱
(3)
对于弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液,如NH3-NH4+缓冲溶液。根据酸碱质子理论,NH3可以接受质子是碱,而NH4+可以给出质子是酸,它们是一共轭酸碱对。设NH3的浓度为C碱(mol·L-1),NH4+的浓度为C酸(mol·L-1),在溶液中存在下列平衡。
NH4+ H+ + NH3
平衡时:C酸-x x C碱+x
Ka°= x(C碱+x)/ (C酸-x)
x = Ka°(C酸-x)/ (C碱+x)
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因Ka°值较小,且因存在同离子效应,x很小,C酸-x≈C酸,C碱+x≈C碱,所以
x = [H+] = Ka°C酸 / C碱
将该式两边取负对数,得:
-log[H+] =-logKa°-logC酸 / C碱
pH = p Ka°-logC酸 / C碱
(4)
NH4+的Ka°一般化学手册上没有直接列出,但我们可根据共轭酸碱对的Ka°与Kb°的关系,Ka°= Kw°/ Kb°,即可以根据NH3的Kb°就可求出共轭酸NH4+的Ka°。
通过上面的讨论可以看出(3)与(4)式完全相同,这样我们就将两种不同类型的缓冲溶液pH值的计算公式统一起来了。这对我们的教学十分便利,它不但简化了公式的推导过程,也减少了公式的个数。这样既便于教师的教学,也便于学生的理解和记忆。


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