Happo-Emäs-Tasapainojen

Diprotic ja Triprotic Happoja andBases

Diprotic Happoja,

happo tasapainon ongelmia keskusteltu toistaiseksi on keskitytty perheen compoundsknown kuin monoprotic happoja. Jokainen näistä hapoista on yksi H + ioni, orproton, se voi luovuttaa, kun se toimii Brnsted happo. Suolahappoa (HCl), aceticacid (CH3CO2H tai HOAc), typpihappo (HNO3), ja benzoicacid (C6H5CO2H) ovat kaikki monoprotic happoja.,

useat tärkeät hapot voidaan luokitella polyproottisiksi hapoiksi, jotka voivat losemore kuin yksi H+ – ioni toimiessaan Brnsted-happoina. Diprotic happoja,kuten rikkihappoa (H2SO4), hiilihappo (H2CO3),rikkivetyä (H2S), kromihappo (H2CrO4) ja oxalicacid (H2C2O4) on kaksi happaman vedyn atomeja. Triproticacids, kuten fosforihappoa (H3PO4) ja sitruunahappoa (C6H8O7),on kolme.

yleensä on suuri ero siinä, miten helposti nämä hapot menettävät ensimmäisen ja toisen (tai toisen ja kolmannen) protonin., Kun rikkihappo luokitellaan vahvaksi, opiskelijat usein olettavat, että se menettää molemmat protoninsa reagoidessaan veden kanssa.Se ei ole laillinen oletus. Rikkihappo on vahva happo, koska Kaforin ensimmäisen protonin menetys on paljon suurempi kuin 1. Oletamme siis, että kaikki vesiliuoksen H2SO4-molekyylit menettävät ensimmäisen protonin muodostaen HSO4-eli vetysulfaatti-ionin.,

But Ka for the loss of the second proton is only 10-2 andonly 10% of the H2SO4 molecules in a 1 M solution lose asecond proton.

H2SO4 vain menettää sekä H+ – ioneja, kun se reagoi nöyryyttää, kuten ammoniakkia.

alla olevassa taulukossa esitetään Ka-arvot joillekin yleisille polyproottisille hapoille.Suuri ero arvojen välillä Ka peräkkäinen tappio ofprotons, jonka polyprotic happo on tärkeä, koska se tarkoittaa, että voimme olettaa, että nämä acidsdissociate yksi askel kerrallaananassumption tunnetaan vaiheittain dissosiaatio.,

Happo-Dissosiaatio Tasapainon Vakioita Yleinen Polyprotic Hapot,

katsotaanpa seurauksena oletukseen, että polyprotic hapot menettää protonit onestep kerrallaan tutkimalla kemia kyllästettyä liuosta H2S vuonnavesi.

rikkivety on pahanhajuinen kaasu, joka antaa mätä munia niiden epämiellyttävä haju.Se on erinomainen lähde S2 – ion, kuitenkin, ja on siksi commonlyused johdanto kemian laboratorioissa. H2S on heikko happo, joka jakaantuu vaiheittain., Osa H2S-molekyyleistä menettää protonin ensimmäisessä vaiheessa muodostaen HS-eli vetysulfidi-ionin.

pieni murto-osa HS – – ionien tässä reaktiossa sitten mennä loseanother H+ – ionin toisessa vaiheessa.,

Since there are two steps in this reaction, we can write two equilibrium constantexpressions.

Although each of these equations contains three terms, there are only four unknowns,, , and becausethe and terms appear in both equations., Termi edustaa H3O + ionconcentration-kokonaisuutta molemmista vaiheista, joten sillä on oltava sama arvo molemmissa yhtälöissä.Samoin termi, joka edustaa tasapaino HS – -ionien ensimmäinen askel ja HS – – ionien kulutetaan toisessa vaiheessa,on oltava sama arvo sekä yhtälöitä.

neljän tuntemattoman ratkaisemiseksi tarvitaan neljä yhtälöä. Meillä on jo kaksi yhtälöä: Ka1-ja Ka2-lausekkeet. Meidän on yhdistettävä joko kaksi yhtälöä tai kaksi oletusta, jotka voivat tuottaa kaksi yhtälöä.,Voimme perustaa yhden olettamuksen siihen, että Ka1: n arvo thisacidille on lähes miljoona kertaa suurempi kuin Ka2: n arvo.

Ka1 >> Kt2

Tämä tarkoittaa sitä, että vain pieni murto-osa HS – ioneja muodostuu firststep mennä erottaa toisessa vaiheessa. Jos tämä on totta, useimmat H3O+ – ioneja tämä ratkaisu tulevat dissosiaatio H2S, ja suurin osa HS – -ionien tässä reaktiossa PSS pysyvät liuoksessa. Tämän seurauksena voidaan olettaa, että H3O+ – ja HS-ionipitoisuudet ovat suunnilleen yhtä suuret.,

– tarvitsemme vielä yhden yhtälö, ja sen vuoksi yksi oletus. Huomaa, että H2Sis on heikko happo (Ka1 = 1,0 x 10-7, Ka2 = 1,3 x 10-13). Näin ollen voimme olettaa, että useimmat H2S, joka liukenee vuonnavesi on yhä läsnä, kun liuos saavuttaa tasapainon. Toisin sanoen voimme päätellä, että H2S: n tasapainokonsentraatio on suunnilleen yhtä suuri kuin teinitiaalinen konsentraatio.,

We now have four equations in four unknowns.,

CH2S

Koska siellä on aina ainutlaatuinen ratkaisu neljä yhtälöt neljä tuntematonta, olemme nowready laskea H3O+, H2S-ja HS-ja S2-konsentraatiot tasapainotilassa tyydyttyneitä ratkaisu H2S veteen. Kaikki weneed tietää on, että tyydyttynyt liuos H2S vedessä on alustavasti noin 0,10 M.,

Koska Ka1 on niin paljon suurempi kuin Kt2 varten thisacid, voimme työskennellä tasapaino ilmaisun ensimmäinen askel ilman worryingabout toinen vaihe tällä hetkellä. Siksi aloitamme ilmaisulla Ka1for tätä happoa.

sitten vedota yksi meidän oletuksia.

CH2S0,10 M

Korvaamalla tämän lainsäädännön osaksi Ka1 ilme antaa seuraavat yhtälö.

sitten vedota muiden oletus.,

C

Korvaamalla tämän lainsäädännön osaksi Ka1 ilme antaa seuraavan tuloksen.

– Meillä on nyt ratkaista tämä likimääräinen yhtälö C.

C1,0 x 10-4

Jos meidän kaksi oletukset ovat voimassa, olemme kolme neljäsosaa tapa meidän tavoite. Tiedämme H2S, H3O+ ja HS-pitoisuudet.

0,10 M

1.,0 x 10-4 M

Ottaa uuttaa arvot kolme tuntematonta ensimmäisestä tasapainon ilme, weturn toisen tasapainon ilme.

Korvaamalla tunnetut arvot H3O+ ja HS – ionconcentrations osaksi tätä ilmaisua saadaan seuraava yhtälö.

Koska tasapaino pitoisuudet H3O+ – ja HS- – ionien ovat enemmän tai vähemmän sama, S2 – ioni konsentraatio tasapainotilassa isapproximately tasa-arvo Kt2 tätä happoa.

1.,3 x 10-13 M

nyt on aika tarkistaa oletuksemme. Onko H2S: n dissosiaatio pieni verrattuna alkuperäiseen pitoisuuteen? Kyllä. Tästä laskelmasta saadut HS-ja H3O + – ionipitoisuudet ovat 1,0 x 10-4 M,mikä on 0,1% H2S: n alkupitoisuudesta.

CH2S 0.,10 M,

eroa S2 – ja HS – – ioni concentrationslarge tarpeeksi, jotta voimme olettaa, että pohjimmiltaan kaikki, että H3O+ – ioneja tasapainotilassa on muodostettu ensimmäinen askel ja että pohjimmiltaan kaikki HS-ioneja muodostuu tässä vaiheessa jäävät ratkaisu? Kyllä. S2 – ion concentrationobtained tämä laskelma on 109 kertaa pienempi kuin HS – ionconcentration. Siten myös toinen olettamuksemme on pätevä.

– Voimme siis tiivistää pitoisuudet eri osien thisequilibrium seuraavasti.,

0,10 M

1,0 x 10-4 M

1.3 x 10-13 M

Diprotic Emäkset

tekniikoita meillä on käytetty diprotic happoja voidaan laajentaa diprotic emäkset. Ainoa haaste on kB: n arvojen laskeminen perustalle.

Koska se on suola, natriumkarbonaatti hajoaa osaksi sen ioneja, kun se liukenee vuonnavesi.,

The carbonate ion then acts as a base toward water, picking up a pair of protons (oneat a time) to form the bicarbonate ion, HCO3- ion, and theneventually carbonic acid, H2CO3.,

The first step in solving this problem involves determining the values of Kb1and Kb2 for the carbonate ion. We start by comparing the Kbexpressions for the carbonate ion with the Ka expressions for carbonicacid.,

The expressions for Kb1 and Ka2 have something incommontheyboth depend on the concentrations of the HCO3- and CO32-ions. The expressions for Kb2 and Ka1 also havesomething in commontheyboth depend on the HCO3- and H2CO3concentrations., Voimme siis laskea Kb1 alkaen Ka2and Ks2 alkaen Ka1.

aloitamme kertomalla ylä-ja alareunassa Ka1 ilmaus, jonka OH – ioni pitoisuus käyttöön termi.

sitten ryhmän kannalta tämä yhtälö seuraavasti.

ensimmäinen termi tässä yhtälössä on käänteinen Ks2 ilme,ja toinen termi on Kw ilme.

Järjestämässä tämä yhtälö antaa seuraavan tuloksen.,

Ka1Kb2 = Kw,

Vastaavasti, voimme moninkertaistaa ylä-ja alareunassa Kt2 expressionby OH-ioni konsentraatio.

Kerää termejä, saadaan seuraava yhtälö.

ensimmäinen termi tässä yhtälössä on käänteinen Kb1, ja secondterm on Kw.

tämä yhtälö voidaan näin ollen järjestää uudelleen seuraavasti.

Ka2Kb1 = Kw,

nyt Voimme laskea arvot Kb1 ja Ks2 sovittuun karbonaatti-ioni.,

Olemme vihdoin valmis tekemään laskelmia. Aloitamme Kb1ekspressiolla, koska CO32-ioni on vahvin tissoluution emäs ja siten OH-ionin paras lähde.

ero Kb1 ja Ks2 varten thecarbonate ion on tarpeeksi suuri, viittaa siihen, että suurin osa OH – ionit tulevat tästä vaihe ja useimmat HCO3 – ioneja muodostuu tässä reaktiossa remainin ratkaisu.,

C

arvo Kb1 on tarpeeksi pieni olettaa, että Ivy pieni verrattuna alkuperäiseen pitoisuus karbonaatti-ioni. Jos tämä on totta,pitoisuus CO32 – ion tasapainotilassa on roughlyequal alkuperäisen pitoisuus Na2CO3.

CNa2CO3

Korvaamalla tämä tieto osaksi Kb1 ilme antaa seuraavan tuloksen.

Tämä likimääräinen yhtälö voidaan nyt ratkaista esimerkiksi C.,

C0.0046 M

We then use this value of Cto calculate the equilibrium concentrations of the OH-, HCO3-,and CO32- ions.

= 0.10 – C0.095M

C 0.0046 M

We now turn to the Kb2 expression.,

Korvaamalla mitä tiedämme OH – ja HCO3 – ionconcentrations osaksi tämä yhtälö antaa seuraavan tuloksen.

tämän yhtälön, H2CO3 pitoisuus atequilibrium on suunnilleen sama kuin Ks2 varten karbonaatti-ioni.

2,2 x 10-8 M

Yhteenveto tuloksista meidän laskelmien avulla voimme testata oletuksia madegenerating nämä tulokset.

0.,095 M

4.6 x 10-3 M

2,2 x 10-8 M

Kaikki meidän oletukset ovat voimassa. Laajuus reaktion välillä CO32-ion ja vesi antaa HCO3 – ioni on pienempi kuin 5% initialconcentration Na2CO3. Lisäksi suurin osa OH – ioneista ensimmäisestä vaiheesta, ja suurin osa tässä vaiheessa muodostuneesta HCO3 – ionista pysyy liuoksena.,

Triprotic Happoja,

– Meidän työmenetelmien acid diprotic tai diprotic emäs tasapainon ongelmat voidaan soveltaa triprotic hapot ja emäkset sekä. Tämän havainnollistamiseksi lasketaan H3O+,H3PO4, H2PO4-, HPO42-ja PO43 – konsentraatiot tasapainotilassa on 0,10 M H3PO4solution, jonka Ka1 = 7.1 x 10-3, Kt2 =6,3 x 10-8, ja Ka3 = 4.2 x 10-13.

oletetaan, että tämä happo hajoaa vaiheet ja analysoida ensin stepthemost laaja reaktio.,

nyt oletetaan, että ero Ka1 ja Ka2is riittävän suuri, että useimmat H3O+ – ionit ovat peräisin tästä ensimmäisestä stepand useimmat H2PO4 – ioneja muodostuu tässä vaiheessa edelleen insolution.

C

Korvaamalla tämä oletus osaksi Ka1 ilme antaa seuraavat yhtälö.

olettaen, että on pieni verrattuna alkuperäiseen pitoisuus happo ei tässä ongelmaa., Mutta wedon ei oikeastaan tarvitse tätä oletusta, koska voimme käyttää quadratic kaavaa tai successiveapproksimations ratkaista yhtälö. Joka tapauksessa saamme saman vastauksen.

C= 0.023 M

Voimme sitten käyttää tätä arvoa Cto saada seuraavat tiedot.

0.10 – C0.077 M

0.023 M

– Meillä on nyt kääntyä toiseksi vahvin happo tässä ratkaisu.,

Korvaamalla mitä tiedämme H3O+ – ja H2PO4-ion-pitoisuudet osaksi tätä ilmaisua saadaan seuraava yhtälö.

Jos meidän oletukset ovat toistaiseksi oikea, HPO42 – ionconcentration tämä ratkaisu on yhtä Kt2.

6,3 x 10-8

– Meillä on vain yksi yhtälö, tasapainotilan lauseke heikoin happo ongelma.,

Korvaamalla mitä tiedämme pitoisuudet H3O+ – ja HPO42 – ioneja osaksi tätä ilmaisua saadaan seuraava yhtälö.

Tämä yhtälö voidaan ratkaista fosfaatti-ioni konsentraatio tasapainotilassa.

1,2 x 10-18 M

Yhteenveto laskelmien tulokset auttaa meitä tarkistaa oletukset alongthe tavalla.

0.077 M

0.023 M

6.,3 x 10-8 M

1,2 x 10-18 M

vain likiarvo, käytetään toimimasta tämän ongelman oli olettamus siitä, että aciddissociates yksi askel kerrallaan. Eroa pitoisuudet H2PO4-ja HPO42 – ioneja tarpeeksi suuri oikeuta olettamaan, thatessentially kaikki H3O+ – ionit tulevat ensimmäinen askel? Kyllä. Se on riittävän suuri perustelemaan oletusta, että pohjimmiltaan kaikki H2PO4-muodostettu ensimmäisessä vaiheessa pysyy ratkaisussa? Kyllä.,

Et voi koskaan kohdata esimerkki polyprotic happoa, jolloin ero peräkkäisten arvojen Ka ovat liian pieniä, jotta usto olettaa vaiheittain dissosiaatio. Tämä oletus toimii silloinkin, kun voimme odottaa sen leviävän.