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如何计算多元弱酸溶液中的粒子浓度大小?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 缓冲溶液 离子浓度大小比较
多元弱酸在水中是分步电离的,因此,计算时应考虑电离 / 反应程度。 向 0.10mol/L 草酸溶液中加 NaOH固体 溶液至 pH=6, 试求溶液中 H 2 C 2 O 4 、 HC 2 O 4 - 和 C 2 O 4 2- 的浓度。 已知: H 2 C 2 O 4 的 K 1 =5.4*10 -2 、 K 2 =5.4*10 -5 题目中尽管使用 K, 经验

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多元弱酸在水中是分步电离的,因此,计算时应考虑电离/反应程度。

向0.10mol/L 草酸溶液中加NaOH固体溶液至pH=6,试求溶液中H2C2O4、HC2O4和C2O42的浓度。

已知:H2C2O4K1=5.4×10-2K2=5.4×10-5

题目中尽管使用K,经验平衡常数,但是实际解题中应按K⊖标准平衡常数对待。

方法一:

pH=6,溶液显酸性,因此体系呈现H2C2O4、HC2O4和C2O42共存。问题转化为pH=6时,体系内H2C2O4、HC2O4和C2O42浓度分布。

pH=6,c(H)=10-6mol/L

H2C2O4=H+HC2O4K1=5.4×10-2

K1=c(Hc(HC2O4)/c(H2C2O4)

c(HC2O4)=K1×c(H2C2O4)/c(H) (1)

c(HC2O4)=5.4×10-2×c(H2C2O4)/10-6mol/L=5.4×104×c(H2C2O4)mol/L

HC2O4=H+C2O42 K2=5.4×10-5

K2=c(Hc(C2O42)/c(HC2O4)

c(C2O42)=K2×c(HC2O4)/c(H) (2)

代(1)于(2)中,c(C2O42)=K2×[K1×c(H2C2O4)/c(H) ]/c(H)

c(C2O42)=K2×[K1×c(H2C2O4)/c(H) ]/c(H)=K2×K1×c(H2C2O4)/[c(H) ]2

c(C2O42)=5.4×10-5×5.4×10-2×c(H2C2O4)/(10-6)2mol/L=2.916×106×c(H2C2O4)mol/L

上式也可由此推出H2C2O4=2H+C2O42 K=K1×K2

而物料平衡:c0(H2C2O4)=c(C2O42)+c(HC2O4)+c(H2C2O4)=0.10mol/L 则:

K2×K1×c(H2C2O4)/[c(H) ]2+K1×c(H2C2O4)/c(H)+c(H2C2O4)=0.10mol/L

5.4×104×c(H2C2O4)+2.916×106×c(H2C2O4)+c(H2C2O4)=0.10

c(H2C2O4)=3.37×10-8mol/L<1.0×10-6mol/L ,可认为溶液中没有了H2C2O4

C(HC2O4)=5.4×104×3.37×10-8mol/L=1.82×10-3mol/L

c(C2O42)=2.916×106×3.37×10-8mol/L=9.83×10-2mol/L

c(OH)=1.0×10-14/10-6mol/L=1.0×10-8mol/L

电荷平衡:

c(Na)+c(H)=2c(C2O42)+c(HC2O4)+c(OH)

c(Na)=2c(C2O42)+c(HC2O4)+c(OH)-c(H)

c(Na)=2×9.83×10-2+1.82×10-3+1.0×10-8-10-6mol/L=0.198mol/L

溶液中c(C2O42)>c(HC2O4)>c(H2C2O4),以C2O42为主。显然是氢氧化钠中和的结果,因此c(Na)约等于中和H2C2O4到C2O42所消耗的碱量。即,

c(Na)=2×c0(H2C2O4)≈2×0.10mol/L =0.20mol/L

与计算值0.198mol/L 相近。

显然上述方法就是,弱酸分布系数计算过程。

方法二:

pH=6,溶液显酸性,因此体系呈现H2C2O4、HC2O4和C2O42共存。

H2C2O4=H+HC2O4 K1=5.4×10-2   pK1=1.268

HC2O4=H+C2O42 K2=5.4×10-5    pK2=4.268

加碱后,pH=6,大于pK2,因此体系中草酸存在的主要形式将是C2O42

显然,第一步电离比较完全,c(H2C2O4)较小,因此,物料平衡,c0(H2C2O4)=c(H2C2O4)+c(C2O42)+c(HC2O4)=0.10mol/L

c(C2O42)+c(HC2O4)≈0.10mol/L

c(C2O42)=0.10-c(HC2O4)mol/L

主要研究第二步解离平衡。

HC2O4=H+C2O42 K2=5.4×10-5

K2=c(Hc(C2O42)/c(HC2O4)

c(H)=10-6mol/L

5.4×10-5=10-6×[0.10-c(HC2O4)]/c(HC2O4)

c(HC2O4)=10-6×0.10/[5.4×10-5+10-6]=1.82×10-3mol/L

c(C2O42)=0.10-1.82×10-3mol/L=0.0982mol/L

H2C2O4=H+HC2O4 K1=5.4×10-2

K1=c(Hc(HC2O4)/c(H2C2O4)

c(H2C2O4)=c(Hc(HC2O4)/K1=10-6×1.82×10-3/5.4×10-2mol/L

c(H2C2O4)=3.37×10-8mol/L

c(OH)=1.0×10-14/10-6mol/L=1.0×10-8mol/L

电荷平衡:

c(Na)+c(H)=2c(C2O42)+c(HC2O4)+c(OH)

c(Na)=2c(C2O42)+c(HC2O4)+c(OH)-c(H)

c(Na)=2×9.83×10-2+1.82×10-3+1.0×10-8-10-6mol/L=0.198mol/L

方法三:

H2C2O4⇋HC2O4+H+   K1=5.4×10-2

K1=c(HC2O4c(H)/c(H2C2O4)=5.4×10-2

HC2O4 ⇋C2O42 +H+   K2=5.4×10-5

K2=c(C2O42c(H)/c(HC2O4)=5.4×10-5

pH=6.00    c(H)=1×10-6mol/L

反应前后,草酸的物料平衡:

c(H2C2O4)+c(HC2O4)+c(C2O42)=0.10mol/L

联立方程:

c(H)=1×10-6 (1)

c(HC2O4c(H)/c(H2C2O4)=5.4×10-2(2)

c(C2O42c(H)/c(HC2O4)=5.4×10-5(3)

c(H2C2O4)+c(HC2O4)+c(C2O42)=0.10 (4)

解之:c(H2C2O4)=3.4×10-8mol/L;

c(HC2O4)=1.8×10-3mol/L;

c(C2O42)=0.099mol/L

方法四:

如何计算多元弱酸溶液中的粒子浓度大小?

(责任编辑:化学自习室)
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