Одноосновные кислоты и основания

Одноосновные кислоты и основания

• Одноосновные кислоты и основания Сильными для водных растворов являются все галогенводородные кислоты, кроме HF, хлорной кислоты, азотной кислоты и некоторых других. В водных растворах сильных кислот протеолитическая реакция HA + H20 = H3O + — + — A ~ полностью сдвигается вправо.

• Вследствие полной диссоциации концентрация ионов водорода в растворе сильной кислоты равна концентрации кислоты (£ n * = snl), а концентрация аниона этой кислоты не зависит от кислотности раствора.Сильное основание представляет собой водный раствор гидроксида щелочного металла и всех земных металлов [NaOH, KOH, Ba (OH) 2 и т. Д.]. Поскольку они полностью диссоциированы, в растворах сильных оснований, таких как NaOH, концентрация ионов ОН равна концентрации соответствующего гидроксида (с () = = Smon, где М — щелочной металл).

Например, при 0,1 М HCl концентрация ионов водорода составляет 0,1 М и рН 1,0. Людмила Фирмаль

Стабильные кислоты и основания лишь частично диссоциируют в водном растворе. Водный раствор слабой кислоты имеет равновесие. NA -f-Н20 = НзО + -fА Или в краткой форме: HA = H + + A- (3,17) Каждый участник (3.17) в равновесии гидратирован. Однако, чтобы упростить запись, сокращения обычно используются без указания состава гидратирующей оболочки взаимодействующих частиц.

Равновесие (3.17) характеризуется константой диссоциации. «O _ dn’Ad _ [H +] [A) UN-UA-UN’UN- В первом приближении примем / (JA = / (HA) и рассчитаем равновесную концентрацию частиц в процессе (3.17). Если x представляет собой концентрацию иона H f, а концентрация аниона A равна ~, равновесная концентрация молекул кислоты, которые не диссоциированы от HA, равна -x .

Где ^ — общая концентрация кислоты. х и -х) в уравнение (3.18): Тогда решите квадратное уравнение x. х = [Н1) = [А] = — (3,20) Если n: 10 «3)» = 1,32 10 «3; r / CGN (UN = 4,76-2,0.509 (-0,2-1,32,10-3) = 4,74 V I + / 1,32- U-‘4 ‘ Или /Sn.soon = 1.82’10. Это достаточно близко к 1.74 • 10_ &. Используя эту константу для расчета концентрации ионов водорода, (H +) = / 1,82 • 10 »* • 0,1 = 1,35 • 10,3 моль / л или pH 2,87. Этот результат почти согласуется с предыдущим, что указывает на обоснованность предположения / Ssn.soon- / Ssn.socon-.

В случае одноосновных кислот можно отметить, что влияние ионной силы мало из-за разницы в квадратном заряде дуги 2, включенной в формулу расчета (2.11). Малый. Степень диссоциации кислоты (а) можно рассчитать по следующей формуле. [A 1 / KnlS В 0,1 M SNsCOO степень диссоциации является следующей: 1’85 10 = 1,36-10-2 или 1,36%. 0.) Однако предположение c ^ q не всегда оправдано Или потому что раствор кислоты очень разбавлен или потому что константа диссоциации велика.

В этих случаях квадратное уравнение должно решаться уравнением (3.20). Однако (H +] также можно рассчитать со вторым приближением. | H + 1 = / M ^ JnT) ‘(3-23) Это взято из уравнения (3.19) без каких-либо предположений. Значение [H *] определяется соотношением (3.21) в первом приближении, затем вычисляется [H +] согласно (3.23) и снова подставляется Укажите как [H +] ‘в (3.23). Чтобы получить точные результаты, обычно достаточно сделать два приближения.

В качестве примера давайте рассчитаем концентрацию ионов водорода 0,005 М CH2C1COOH. Из уравнения (3.21) (H +) = / 1,4 -10 «5 -10-J = 2,7 -10-Дж моль / л Результаты показывают, что гипотетическое c0- | H +] ~ c является очень грубым, поскольку в этом случае начальная концентрация кислоты в результате диссоциации уменьшилась более чем наполовину. (H + 1 = / 1,4 • 10 Дж (5,0-10 — ^ — 2,7,10-J) = 1,8-1,0 Дж / моль / л.

Подставляя полученное значение в кору уравнения (3.23) (H +) = / 1,4-J J (5,0-! 0 ^ -1,8-10-)) = 2,1 • 10 -3 моль / л В точном решении уравнения согласно (3.21) мы нашли (H +) = 2,03 * 10-3 моль / л, что фактически совпадает с результатом приближенного расчета. Если вы используете уравнение (3.21) для расчета равновесия, вы можете получить физически нереалистичное значение концентрации ионов водорода.

Например, расчетная концентрация ионов водорода может превышать концентрацию раствора одноосновной кислоты, которую вы приняли. Этот результат особенно получен при расчете равновесия 0,01 М раствора дихлоруксусной кислоты (/ С = 5,0-10-2): (Н +] = / 5,0-КГ * • 10 ‘= 2,2- 10-2 моль / л, нереальность результата показывает, что предположение [H4 | — = s’na здесь вообще не подходит, даже для первого приближения.

Физическая нереальность Wii dg = [H +] и Sleep ~ -sleep минимального значения всех равновесных концентраций в системе, которая была выделена [Н «*»], фактически является концентрацией недиссоциированных молекул кислоты Значительно ниже, чем концентрация ионов водорода, согласно правилам для самой низкой концентрации, x = — [CHCI2COOH] и = c ° —jc.

Подставьте эти концентрации в выражение константы диссоциации кислоты: ‘»ST -g ^ -M-r». Когда c ° = 1,0-10-2, 5,0-IQ-2 = 0-10 Y (Якуда х = = (CЬЬCOOHOO) = 10_ <моль / л О U • IU Чтобы уточнить эту концентрацию, формула (3.24) записана в следующем формате. x = (CHC12COO] = ^ *) к Затем используйте полученное значение 2,0-10 л в качестве х ‘. i 0 0 -U-2 —2 O-10-3b2 (СНСССОН! = (» -ч} = 1,3 * 10 «моль / л. 5,0-10

Повторите расчет с вновь приобретенным значением x ‘\ ICHCbCOOH] = 105 d- ^; 10 «3) г-1,5-10- ‘моль / л И наконец. На диете = (lt ° ‘l ° -i07 | 0-5 »10 ^ -1,45-10» 3 моль / л Результаты расчетов уже показывают, что второе приближение дает довольно точное значение для равновесной концентрации. PH раствора заряженной кислоты также рассчитывают, например, с помощью раствора NH4 +.

• Равновесие устанавливается в водном растворе соли аммония NH t + HOH = NH3 + H30 f. Концентрация ионов водорода, например, концентрация 0,1 М NH4Cl, может быть рассчитана с использованием уравнения (3.21) H +) = * / ^ \ n7 ^ n7 = / 5,77 • 10, u-0,10 = 7,6-10 моль / л и pH 5,12 Аналогичным образом можно вычислить равновесие слабых базовых растворов.

Существует равновесие в решении слабых оснований B + HON = BH ^ + OH-характеризуется основной константой диссоциации „B ABH- ° OH Kv = — Приводя аргументы, аналогичные приведенным при выводе уравнений (3.20) и (3.21), аналогичные соответствующим уравнениям для расчета концентрации ионов H + в слабом растворе кислоты, Вы можете получить уравнение для расчета концентрации ионов ОН в растворе: [он-] = (вн + 1 = — / (- + ^ <3-25> Если [OH «] <St, 4- [OH» «] czc °

B и уравнение (3.25) имеют отношение (ОН) — (ЧД + | = / К ^ Т (3,26) Людмила Фирмаль

Концентрация ионов водорода в этих растворах может быть найдена с использованием следующего соотношения И учитывая (3.13), (N +) = / YRG (3 28) Следовательно, равновесие водного раствора NH * можно выразить в виде схемы. NHs + HOH — HN ^ -f OH И, например, концентрация ОН- в ионах в 0,10 М NH.i может быть рассчитана с использованием уравнения (3.26).

[OH «) = / 1,76-10» a-0,10 = 1,3-10- * моль / л. В этом растворе , ♦♦, _ ■■ 0-.0-V5.6e..0- = r6. | 0, ljMaib / i Уравнения (3.27) и (3.28) и уравнения (3.21) и (3.23) также справедливы для заряженных базисов. Например, в 0,1 ОМ CKiCOONa концентрация ионов водорода в соответствии с уравнением (3.28) является следующей: (H +) = /> .- 10-й ■■ o- ‘: , л. , 0 .. н / л.

В условиях химического анализа растворы часто содержат сильные и слабые кислоты или смесь сильных и слабых оснований. Рассчитайте концентрацию ионов водорода и ацетата в растворе 0,1 ОМ CH3COOOa в присутствии 0,05 М HO. х обозначает концентрацию ионов водорода, которые появляются в растворе в результате диссоциации уксусной кислоты. Концентрация ионов CH3COO по этому процессу также равна x.

Однако, поскольку 0,05 М HCl полностью диссоциирует в этом растворе, равновесная концентрация ионов водорода в растворе составляет 1: + 0,05, а недиссоциированные молекулы уксусной кислоты равны 0 и 1 — x. Замените равновесную концентрацию в уравнении константой диссоциации уксусной кислоты. (H +) (CH3COO-) _ (x + 0,05) x_74, h.Q. [CHjCOOH) ~ 0,10-xK Z)

Хотя решение этого квадратного уравнения не вызывает проблем, есть некоторые упрощения, которые можно сделать. Проведенные ранее расчеты показали, что при 0,1 М CH3COOH концентрация ионов водорода составляет порядка 10-3 моль / л. Поэтому предположения о l <C0.05 и от 0,05 + x до 0,05 и от 0,1-x до 0,1 очень разумны. С этими допущениями вместо уравнения (3.29) -2 ^ 1 = 174.10-0.Y

Откуда x— [CH3COO «) = 3,5-10 5 моль / л Это полностью оправдывает сделанные предположения. Другими словами, концентрация ионов водорода в смеси сильных и слабых кислот практически полностью определяется силой сильной кислоты. Как можно больше Однако, как видно, при введении соляной кислоты концентрация ацетат-иона в растворе быстро снижалась (в десятки раз).

Следовательно, изменяя кислотность раствора, можно контролировать концентрацию слабых кислотных анионов в широком диапазоне. Эта функция часто используется в практике аналитической химии. Аналогичным образом можно показать, что концентрация ионов ОН в смеси сильных и слабых оснований почти полностью определяется концентрацией сильного основания.

Смотрите также:

Решение задач по аналитической химии

Автопротолиз	Многоосновные кислоты и основания
Равновесия в водных растворах кислот и оснований	Буферные растворы