ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
95
числа n и m могут быть определены, как было показано несколько ра-
нее (см. I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ).
Для расчета можно составить систему четырех уравнений с че-
тырьмя неизвестными.
1.Уравнение, основанное на применении закона действующих масс
к диссоциации слабой кислоты [реакция (3.1)]:
(С
Н
+
)⋅(С
А
−
)/С
НА
= К
а
, (3.4)
где К
а
- константа кислотности слабой кислоты НА.
2.Выражение для ионного произведения воды в соответствии с
реакцией (3.2):
(С
Н
+
)⋅(С
ОН
−
) = К
W
, (3.5)
где К
W
- константа автопротолиза (автоионизации), или ионное произ-
ведение воды.
3. Уравнение, полученное исходя из того, что в водных растворах
протоны не могут находиться в свободном состоянии и число гидрати-
рованных протонов, отданное одноосновными кислотами, равно коли-
честву гидратированных протонов, принятых однокислотными основа-
ниями. Другими словами, суммарные концентрации всех образовав-
шихся одноосновных кислот и однокислотных оснований этой системы
равны между собой. Это отражено в правой части реакции (3.3), откуда
следует
С
Н
+
= С
ОН
−
+ С
А
−
(3.6)
4. Уравнение, основанное на применении закона сохранения масс
(материального баланса) к кислоте или основанию соответственно:
С
0
= С
НА
+ С
А
−
(3.7)
где С
0
- общая концентрация кислоты (или основания). Общая концен-
трация постоянна при постоянном объеме раствора, это условие обыч-
но хорошо соответствует практике (например, при титровании).
Концентрацию С
0
можно представить так же, как количество
чистой кислоты (или основания) в молях, деленное на конечный объем
раствора. Сочетанием уравнений (3.4)-(3.7) получим:
(С
Н
+
)⋅(С
А
-)/( С
0
- С
А
-
) = (С
Н
+
)⋅( С
Н
+
− С
ОН
_
)/[C
0
− (С
Н
+
− С
ОН
_
)] =
= (С
H
+
)·(C
H
+
−K
w
/C
H
+
)/[C
0
−( C
H
+
− K
w
/C
H
+
)] = K
a
(3.8)
(C
H
+
)
3
+ K
a
·(C
H
+
)
2
− (K
w
− K
a
·C
0
)·C
H
+
− K
w
·K
a
= 0 (3.9)
Уравнение (3.9) после логарифмирования можно применять для по-
строения графической зависимости рН от константы кислотности К
НА
и
общей концентрации С
0
:
С
0
=10
(pK
a
−2pH)
+10
(−pH)
−10
(pK
а
− pK
w
)
− 10
(pH−pK
w
)
(3.10)
При построении зависимости значений рН одноосновных кислот раз-
личной силы, т.е. при разных рК
a
, от соответствующей концентрации
С
0
по уравнению (3.10) получают кривые, изображенные в нижней час-
96
ти рис. 3.1.При замене же в уравнении (3.10) рН на рОН и рК
a
на рК
b
(показатель константы основности) получают кривые С
0
/рН для осно-
ваний (верхняя часть рис.3.1). Кривые кислот и оснований с одинако-
выми значениями рК зеркально симметричны относительно прямой
рН = 7. Все кривые заканчиваются в точке (С
0
= 0, рН = 7), и с увели-
чением С
0
наблюдается образование постоянно нисходящих или соот-
ветственно восходящих кривых.
Рис.3.1. Диаграмма рН - С (С - общая концентрация) для одноосновных ки-
слот (нижняя часть) и однокислотных оснований (верхняя часть рисунка)
По ходу кривых рис.3.1 можно предсказать кислотно-основное
поведение водных растворов кислот и оснований: уже при небольшом
содержании кислоты или основания в чистой воде происходит резкое
изменение рН, которое тем больше, чем сильнее кислота или основа-
ние. Напротив, при увеличении концентрации кислот или оснований
наблюдается незначительное, можно сказать монотонное, изменение
рН. По рис.3.1 нельзя точно определить изменения рН для разбавлен-
ных растворов, поэтому в области разбавленных растворов строят ло-
гарифмическую кривую (диаграмму Флада), представленную на
рис.3.2. По данным кривой 3.2 можно после интерполяции определить
рН растворов одноосновных кислот и однокислотных оснований в
широкой области концентраций.
Пример: В 0.1 М растворе хлористой кислоты (рК = 2.0) значе-
числа n и m могут быть определены, как было показано несколько ра- ти рис. 3.1.При замене же в уравнении (3.10) рН на рОН и рКa на рКb
нее (см. I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ). (показатель константы основности) получают кривые С0/рН для осно-
Для расчета можно составить систему четырех уравнений с че- ваний (верхняя часть рис.3.1). Кривые кислот и оснований с одинако-
тырьмя неизвестными. выми значениями рК зеркально симметричны относительно прямой
1.Уравнение, основанное на применении закона действующих масс рН = 7. Все кривые заканчиваются в точке (С0 = 0, рН = 7), и с увели-
к диссоциации слабой кислоты [реакция (3.1)]: чением С0 наблюдается образование постоянно нисходящих или соот-
(СН+ )⋅(СА−)/СНА = Ка , (3.4) ветственно восходящих кривых.
где Ка - константа кислотности слабой кислоты НА.
2.Выражение для ионного произведения воды в соответствии с
реакцией (3.2):
(СН+ )⋅(СОН−) = КW , (3.5)
где КW - константа автопротолиза (автоионизации), или ионное произ-
ведение воды.
3. Уравнение, полученное исходя из того, что в водных растворах
протоны не могут находиться в свободном состоянии и число гидрати-
рованных протонов, отданное одноосновными кислотами, равно коли-
честву гидратированных протонов, принятых однокислотными основа-
ниями. Другими словами, суммарные концентрации всех образовав-
шихся одноосновных кислот и однокислотных оснований этой системы
равны между собой. Это отражено в правой части реакции (3.3), откуда
следует
СН+ = СОН− + СА− (3.6)
4. Уравнение, основанное на применении закона сохранения масс
(материального баланса) к кислоте или основанию соответственно:
С0 = СНА + СА− (3.7)
где С0 - общая концентрация кислоты (или основания). Общая концен- Рис.3.1. Диаграмма рН - С (С - общая концентрация) для одноосновных ки-
слот (нижняя часть) и однокислотных оснований (верхняя часть рисунка)
трация постоянна при постоянном объеме раствора, это условие обыч-
но хорошо соответствует практике (например, при титровании).
По ходу кривых рис.3.1 можно предсказать кислотно-основное
Концентрацию С0 можно представить так же, как количество
поведение водных растворов кислот и оснований: уже при небольшом
чистой кислоты (или основания) в молях, деленное на конечный объем
содержании кислоты или основания в чистой воде происходит резкое
раствора. Сочетанием уравнений (3.4)-(3.7) получим:
изменение рН, которое тем больше, чем сильнее кислота или основа-
(СН+ )⋅(СА-)/( С0 - СА-) = (СН+ )⋅( СН+ − СОН_)/[C0 − (СН+ − СОН_)] =
ние. Напротив, при увеличении концентрации кислот или оснований
= (СH+)·(CH+−Kw/CH+)/[C0−( CH+− Kw/CH+)] = Ka (3.8) наблюдается незначительное, можно сказать монотонное, изменение
(CH+)3 + Ka·(CH+)2 − (Kw − Ka·C0)·CH+ − Kw·Ka = 0 (3.9) рН. По рис.3.1 нельзя точно определить изменения рН для разбавлен-
Уравнение (3.9) после логарифмирования можно применять для по- ных растворов, поэтому в области разбавленных растворов строят ло-
строения графической зависимости рН от константы кислотности КНА и гарифмическую кривую (диаграмму Флада), представленную на
общей концентрации С0 : рис.3.2. По данным кривой 3.2 можно после интерполяции определить
С0 =10(pKa−2pH)+10(−pH)−10(pKа − pKw ) − 10(pH−pKw ) (3.10) рН растворов одноосновных кислот и однокислотных оснований в
При построении зависимости значений рН одноосновных кислот раз- широкой области концентраций.
личной силы, т.е. при разных рКa, от соответствующей концентрации Пример: В 0.1 М растворе хлористой кислоты (рК = 2.0) значе-
С0 по уравнению (3.10) получают кривые, изображенные в нижней час-
95 96
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- …
- следующая ›
- последняя »
