医用化学/盐类溶液的PH值

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除强酸强碱盐无水解反应外,根据酸碱质子理论,其它各种盐的水解反应,实质由是一种质子转移反应,即酸碱反应。在纯水中,[H+]和[OH-]相等,呈中性。但加入盐的离子和H+及OH-作用后使水中H+或OH-浓度发生改变,故多数盐的溶液显示出酸性或碱性。这种盐的离子与水中H+或OH-作用生成难离解物质,使水中的[H+]或[OH-]发生改变的反应称为盐的水解。由于生成盐和碱强弱不同,水解后酸碱性也有所不同。

一、强碱弱酸盐溶液的PH值

一元强碱弱酸盐溶液,例如 NaOAc 溶液中:

NaOAc→Na++OAc-

Na+不与水电离出的OH-结合,它与溶液的酸碱性无关。OAc-是HOAc的共轭碱,与水作用放出OH-使溶液显碱性。

Gmoebv4k.jpg


上式的平衡常数,也就是弱碱的离解常数:

Gmoebg85.jpg


表3-5 一些一元弱碱的离解常数(18-25℃)

分子式或离子 Kb PkB
碱的强度增 二甲胺 (CH3)2NH 1.18×10-3 2.93
乙胺 C2H5NH2 4.7×10-4 3.33
NH3 1.76×10-5 4.75
硼酸根离子 H2BO-3 1.37×10-5 4.86
次氯酸根离子 CLO- 3.38×10-7 6.47
吡啶 C5H5N 1.61×10-9 8.79
醋酸根离子 OAc- 5.68×10-10 9.25
苯胺 C6H5NH2 4.0×10-10 9.40
氟离子 F- 2.83×10-11 10.55

表3-5 列出了一些一元弱碱的离解常数。通过Kb和碱的浓度c(OAc-的浓度近似地等于盐NaOAc的浓度),即可根据(式2-4)计算溶液中[OH-]及PH值,而不必像经典理论那样通过盐的水解来解释和计算。

Gmoebu2y.jpg


使用这个公式的条件是c/Kb≥500。

例3计算0.100mol.L-1naOAc溶液的 pH值。

Gmoeblk1.jpg


pOH=-lg[OH-]=-lg7.54*10-6=5.12

pH=14-pOH=14-5.12=8.88

多元弱酸的强碱盐溶液PH值的计算,与一元强碱弱酸盐相类似。因 Kb1Kb2 ,溶液中[OH-]主要由第一级碱式离解所产生,而第二级碱式离解产生的OH-及弱酸很少,可以忽略。计算时以Kb1代入式(2-4)中之Kb,即可算出[OH-]。例如Na2CO3溶液中

Gmoebf8r.jpg


设Na2CO3的浓度为0.100mol.L-,c/Kb1=0.100/1.78×10-4>500,用式(2-4)计算

Gmoebki5.jpg


pOH=2.37

pH=14-2.37=11.63

二、强酸弱碱盐溶液的PH值

一元强酸弱碱盐,例如NH4CL溶液中:

Gmoebnl2.jpg


NH4+离子是NH3的共轭酸,它在水中电离:

或简写为 Gmoebprf.jpg


CL-离子不与水电离出的H+结合,它与溶液的酸碱性无关。可认为NH4+就是酸,与水作用放出H+而使溶液显酸性。当c/Ka≥500时,可用式(2-3)计算。

Gmoebmjv.jpg


式中,c为浓盐酸的浓度。PH值可由[H+]计算。

多元强酸弱碱盐例如(NH4)2SO4溶液中PH值的计算,与一元强酸弱碱盐的PH值计算类似。

三、两性物质溶液的PH值

(一)多元酸酸式盐溶液的PH值

多元酸酸式盐中的酸式酸根离子,例如HCO-3在水溶液中的质子转移平衡如下:

Gmoeborm.jpg


HCO-3作为酸,根据数学推导,当Ka2C>20KW,且c>20Ka1时,水的离解可以忽略,且两性物质浓度不是很稀时,HCO-3溶液中[H+]的近似计算式为

Gmoebsyu.jpg (3-9)

式中Ka1和Ka2分别是碳酸的一级和二级离解常数。

对于其他酸式根离子水溶液和PH值,也可以类推得到近似公式。例如对于H2PO4溶液:

Gmoebe6h.jpg


对于HPO2-4溶液

Gmoebqrq.jpg


从这些近似公式可以看到,这些盐溶液的PH值与浓度无关。

例4 计算0.10mol.L-1 NaHCO3溶液的pH值。已知H2CO3的Ka1=4.30*10-7,Ka1=5.61*10-11

解:由符合近似条件,故可用近似公式计算。

Gmoebiho.jpg


(二)、弱酸弱碱盐溶液的PH值

NH4OAc是两性物质。在溶液中,

Gmoebw5b.jpg


根据数学推导,当cKa(NH4+)>20Kw,且c〈20Ka(HOAc)时,计算溶液[H+]的近似公式为:

Gmoebh6b.jpg


(3-10)

设NH4OAc浓度为0.100mol.L-1,则

Gmoebjis.jpg


 
32 酸碱指示剂 | 缓冲溶液 32
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