(19)-2.4弱酸弱堿溶液pH的計算

同學們好，這次課學習弱酸弱堿溶液pH的計算。我們知道，溶液的酸堿度可用pH表示。pH可用儀器測定，也可以通過理論計算。相信大家都會計算強酸強堿溶液的pH，那么弱酸弱堿的pH怎樣計算？一、一元弱酸弱堿溶液的pH在濃度為c的一元弱酸HB溶液中，存在下面的質子轉移平衡：HB+H2OH3O++B-Kaθ=H2O+H2OH3O++OH-Kwθ=[H3O+][OH-]數(shù)學問題，我們再通過化學方法解決。1.當Kaθ·cr≥20Kwθ時，可以忽略水的質子自遞平衡，只須考慮弱酸的質子傳遞平衡（下標正體）HBH++B-平衡時cr(1-)crcr由此近似公式可先求得，再由［H+］=cr求出溶液［H+］。2．當弱酸的cr／Kaθ≥500或＜5%，發(fā)生解離的酸極少，1-≈1，可簡化為Kaθ=cr2或由此計算［H+］=cr或是求算一元弱酸溶液中［H+］的最簡式。一般來說，當Kaθ·c≥20Kwθ，且cr／Kaθ≥500時，即可采用最簡式計算，誤差不大于5%。對一元弱堿溶液，Kbθ·cr≥20Kwθ，且cr／Kbθ≥500時，同理可以得到簡化式例1計算0.100mol·L-1HAc溶液的pH。解：已知Kaθ=1.76×10-5，cr=0.100，Kaθcr=1.76×10-6＞20Kwθ，又因cr／Kaθ=0.100／(1.76×10-5)＞500，可用簡化式(3-13)進行計算pH=2.88必須注意僅當弱酸(或弱堿)的Kaθcr(或Kbθcr)≥20Kwθ，并且同時滿足cr/Kaθ(或cr／Kbθ)≥500或＜5%時，才能使用簡化式進行計算，否則將造成較大的誤差。例2計算0.0100mol·L-1NH4Cl溶液的pH。解：因NH3-NH4+為共軛酸堿對，已知Kbθ(NH3)=1.79×10-5，則Kaθcr≥20Kwθ，cr／Kaθ=0.100／(5.59×10-10)＞500，pH=5.62例3計算0.100mol·L-1NaAc溶液的pH。解：KaθKbθKwθKaθ由于Kbθcr≥20Kwθ,cr／Kbθ=0.100／(5.75×10-10)＞500，則即pH=8.88二、多元弱酸弱堿及兩性物質溶液的pH（一）多元弱酸的水溶液是一種復雜的酸堿平衡系統(tǒng)，其質子傳遞反應是分步進行的。例如二元酸H2B，其第一步質子傳遞反應為H2B+H2OHB-+H3O+

第二步的反應為HB-+H2OB2-+H3O+

水的質子自遞平衡為H2O+H2OH3O++OH-Kwθ=［H+］·［OH-］在上述三個平衡中，［H+］是同一個值。(1)當Ka2θcr≥20Kwθ，可忽略水的質子自遞平衡.(2)當Ka1θ／Ka2θ＞102時，其水溶液中［H+］或其他離子濃度的計算，可忽略第二步的質子傳遞反應所產(chǎn)生的H+，當作一元弱酸處理，則［H+］≈[HB-](3)若cr/Ka1θ≥500，則[H2B]≈cr(H2B),該式是忽略了多元酸的第二級解離和水的解離，近似地按一元弱酸處理，計算［H+］的近似公式，而[HB-]≈［H+］。B2-是第二步質子傳遞反應的產(chǎn)物，即因多元酸的第二級解離很弱(Ka2θ很小)，溶液中的［H+］主要是第一級解離，按一元弱酸計算所得，所以［H+］≈[HB-]，故[B2-]≈Ka2θ，［OH-］=Kwθ／[H+]?？傊?，對于多元弱酸溶液可以歸納為如下幾點：Ka1θKa2θKa3θ(2)多元弱酸第二步質子傳遞平衡所得的共軛堿的濃度近似等于Ka2θ，與酸的濃度關系不大，如H3PO4溶液中，[HPO42-]=Ka2θ。(3)多元弱酸第二步及以后各步解離所得離子的濃度都很低。多元弱堿在溶液中的分步解離與多元弱酸相似，根據(jù)類似的條件，可按一元弱堿溶液計算其［OH-］。（二）兩性物質溶液兩性物質在溶液中既能給出質子又能接受質子，其質子傳遞平衡十分復雜，下面簡單介紹這三種類型兩性物質溶液pH計算方法。

以NH4Ac為例，它在水中發(fā)生下列質子傳遞平衡NH4+NH3+H+Ac-+H2OHAc+OH-為了區(qū)別，我們以Kaθ表示陽離子酸(NH4+)的標準解離常數(shù)，Kaθ′表示陰離子堿(Ac-)