sav-bázis egyensúlyi értékek

Diprotikus és Triprotikus savak és bázisok

Diprotikus savak

az eddig tárgyalt sav-egyensúlyi problémák a monoprotikus savak néven ismert kompundsknown családra összpontosultak. Mindegyik savnak egyetlen H + ionja van, vagyproton, akkor adományozhat, ha Brnsted savként működik. A sósav (HCl), az ecetsav (CH3CO2H vagy HOAc), a salétromsav (HNO3) és a benzosav (c6h5co2h) mind monoprotikus savak.,

több fontos savat polikrotikus savaknak lehet besorolni, amelyek több mint egy H+ iont veszíthetnek el, ha Brnsted savakként működnek. A diprotinsavak, mint például a kénsav (H2SO4), a szénsav (H2CO3), a hidrogén-szulfid (H2S), a krominsav (H2CrO4), valamint az oxálsav (H2C2O4) két savas hidrogénatommal rendelkeznek. A triprotikacidok,mint például a foszforsav (H3PO4) és a citromsav (c6h8o7), három.

általában nagy különbség van abban a könnyedségben, amellyel ezek a savak elveszítik az elsőés a második (vagy a második és a harmadik) protonokat., Amikor a kénsavat erősnek minősítiksav, a diákok gyakran feltételezik, hogy elveszíti mindkét protonját, amikor vízzel reagál.Ez nem jogos feltételezés. A kénsav erős sav, mert Kafor az első proton elvesztése sokkal nagyobb, mint 1. Ezért feltételezzük, hogy a vizes oldatban lévő H2SO4 molekulák elveszítik az első protont, hogy a hso4-, vagy hidrogén-szulfát-iont képezzék.,

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 csak akkor veszíti el mindkét H+ iont, ha abázzal, például ammóniával reagál.

az alábbi táblázat A Ka értékeit adja meg néhány közös poliprotikus sav esetében.A nagy különbség az értékek Ka a szekvenciális veszteség ofprotons által polyprotic sav fontos, mert ez azt jelenti, feltételezhetjük, hogy ezek a acidsdissociate egyszerre csak egyanassumption ismert, mint fokozatos disszociációs.,

sav-disszociációs egyensúlyi állandók a közös poliprotikus savak esetében

nézzük meg annak a feltételezésnek a következményeit,hogy a poliprotikus savak egy időben elveszítik a protonokat onestepet a H2S telített oldatának kémiájavízben.

a hidrogén-szulfid az a kellemetlen szagú gáz, amely a rothadt tojásokat kellemetlenné teszi odor.It az S2 – ion kiváló forrása, ezért általánosana bevezető kémiai laboratóriumokban használják. A H2S egy gyenge sav, amelylépésekben mozog., Néhány H2S molekula elveszíti a protont az első lépésbenhogy a HS-, vagy hidrogén-szulfid, ion alakuljon ki.

az ebben a reakcióban képződött HS – ionok egy kis része ezután egy második lépésben egy másik H+ ionra megy.,

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., A kifejezés mindkét lépésből a teljes H3O+ ionkoncentrációt jelenti, ezért mindkét egyenletben azonos értékűnek kell lennie.Hasonlóképpen, az első lépésben képződött HS-ionok és a második lépésben elfogyasztott HS – ionok közötti egyensúlynak mindkét egyenlet esetében azonos értékűnek kell lennie.

négy egyenletet kell megoldani négy ismeretlen számára. Már van két egyenlet:a Ka1 és Ka2 kifejezések. Meg kell találnunk két további egyenletet vagy egy pár feltételezést, amelyek két egyenletet generálhatnak.,Egy feltételezést alapozhatunk arra a tényre, hogy a Ka1 értéke errea sav közel egymillió-szor nagyobb, mint a Ka2 értéke.

Ka1>> Ka2

Ez azt jelenti, hogy az első lépésben képződött HS – ionok csak egy kis része disszociálódik a második lépésben. Ha ez igaz, akkor az oldatban lévő H3O+ionok többsége a H2S disszociációjából származik,és az ebben a reakcióban képződött HS-ionok többsége az oldatban marad. Ennek eredményeként feltételezhetjük, hogy a H3O+és a HS – ion koncentráció többé-kevésbé egyenlő.,

még egy egyenletre van szükségünk, ezért még egy feltételezésre. Vegye figyelembe, hogy h2egy gyenge sav (Ka1 = 1,0 x 10-7, Ka2 = 1,3 x 10-13). Így feltételezhetjük, hogy a legtöbb H2S, amely feloldódika víz továbbra is jelen lesz, amikor az oldat eléri az egyensúlyt. Más szavakkal, tudjukfeltételezni, hogy a H2S egyensúlyi koncentrációja megközelítőleg megegyezik a kezdeti koncentrációval.,

We now have four equations in four unknowns., CH2S

Mivel mindig van egy egyedi megoldás, hogy négy egyenletek négy ismeretlen, mi nowready számítani a H3O+, H2S, HR-, illetve S2-koncentráció egyensúlyi helyzetben a telített oldat, H2S a víz. Minden weneed tudni, hogy a telített oldat H2S vízben van egy kezdetibekoncentráció körülbelül 0,10 M.,

mivel ehhez a Ka1 sokkal nagyobb, mint a Ka2, az első lépésben az egyensúlyi kifejezéssel dolgozhatunk anélkül, hogy aggódnánk a második lépésnél. Ezért kezdjük a KA1 kifejezéssel. erre a savra.

ezután hivatkozunk egyik feltételezésünkre.

CH2S0.10 M

ezt a közelítést a Ka1 kifejezésre helyettesítve adja meg a követési egyenletet.

ezután hivatkozunk a másik feltételezésre.,

C

most megoldjuk ezt a közelítő egyenletet a C.

C1.0 x 10-4

ha két feltételezésünk érvényes, akkor a célunk elérésének háromnegyede vagyunk. Ismerjük a H2S, H3O+ és HS – koncentrációkat.

0.10 M

1.,0 x 10-4 M

miután az első egyensúlyi kifejezésből három ismeretlen értékét kivontuk, weturn a második egyensúlyi kifejezésre.

a H3O+ és HS – ioncentrációk ismert értékeinek helyettesítése ebbe a kifejezésbe a következő egyenletet adja.

mivel a H3O+ és HS-ionok egyensúlyi koncentrációja többé – kevésbé azonos, az egyensúlyi S2-ion koncentráció megközelítőleg megegyezik a sav Ka2 értékével.

1.,3 x 10-13 M

itt az ideje, hogy ellenőrizzük feltételezéseinket. A H2S disszociációja kicsiösszehasonlítva a kezdeti koncentrációval? Igen. Az ebből a számításból nyert HS-és H3O + ion koncentráció 1,0 x 10-4 M,ami a H2S kezdeti koncentrációjának 0,1% – a.A következő feltételezés ezért érvényes.

CH2S 0.,10 M

az S2 – és a HS – ion koncentráció közötti különbség elég nagy ahhoz, hogy feltételezhessük, hogy lényegében az egyensúlyban lévő H3O+ionok az első lépésben alakulnak ki, és hogy lényegében az ebben a lépésben képződött HS-ionok mind oldatban maradnak? Igen. Az S2-ion koncentrációezt a számítást 109 – szer kisebb, mint a HS-ionkoncentráció. Így a másik feltételezésünk is érvényes.

ezért összefoglalhatjuk ennek különböző összetevőinek koncentrációját egyensúly az alábbiak szerint.,

0.10 M

1.0 x 10-4 M

1,3 x 10-13 m

diprotic bázisok

a diprotic savakkal alkalmazott technikák kiterjeszthetők a diprotic bázisokra. Az egyetlen kihívás a Kb értékeinek kiszámítása az alap számára.

mivel só, nátrium-karbonát disszociálódik ionjaiba, amikor feloldódik a vízben.,

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., Ezért a KB1-et a KA2-ből számíthatjuk kiés a KB2-t a Ka1-ből.

kezdjük azzal, hogy megszorozzuk a Ka1 kifejezés felső és alsó részét az OH-ion koncentrációval a kifejezés bevezetéséhez.

ezután csoportosítjuk a kifejezéseket ebben az egyenletben az alábbiak szerint.

ebben az egyenletben az első kifejezés a KB2 kifejezés inverze,a második kifejezés a Kw kifejezés.

Az egyenlet átrendezése a következő eredményt adja.,

Ka1Kb2 = Kw

hasonlóképpen meg tudjuk szorozni a Ka2 expresszió felső és alsó részét az OH-ion koncentrációval.

a gyűjtési kifejezések a következő egyenletet adják.

ebben az egyenletben az első kifejezés a KB1 inverze, a második pedig Kw.

Ez az egyenlet tehát az alábbiak szerint átrendezhető.

Ka2Kb1 = Kw

most már kiszámolhatjuk a KB1 és KB2 karbonát-ion értékeit.,

végre készen állunk a számításokra. A Kb1expresszióval kezdjük, mert a CO32-ion a legerősebb bázisaoldat, ezért az OH-ion legjobb forrása.

a KB1 és a KB2 közötti különbség a thekarbonát ion esetében elég nagy ahhoz, hogy azt sugallja, hogy az OH – ionok többsége ebből a lépésből származik, és az ebben a reakcióban képződött HCO3 – ionok többsége továbbra is oldatban marad.,

C

a KB1 értéke elég kicsi ahhoz, hogy feltételezzük, hogy a Cis kicsi a karbonátion kezdeti koncentrációjához képest. Ha ez igaz, akkor a CO32-ion egyensúlyi koncentrációja durván megegyezik a Na2CO3 kezdeti koncentrációjával.

CNa2CO3

Ezen információnak a Kb1 kifejezésbe való helyettesítése adja a követési eredményt.

Ez a hozzávetőleges egyenlet most már megoldható a 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.,

az OH – és HCO3 – ionkontrációkról ismert adatok helyettesítése ebbe az egyenletbe a következő eredményt adja.

Ezen egyenlet szerint a H2CO3 koncentráció egyensúlyi értéke megközelítőleg megegyezik a karbonátion Kb2-jével.

2,2 x 10-8 M

a számításaink eredményeinek összefoglalása lehetővé teszi számunkra, hogy teszteljük az eredményeket mutató feltételezéseket.

0.,095 M

4.6 x 10-3 M

2.2 x 10-8 m

minden feltételezésünk érvényes. A reakció mértéke a CO32-ion és a HCO3 – ion adására szolgáló víz között kevesebb, mint a Na2CO3 iniciáliskoncentrációjának 5% – a. Ráadásul az OH – ionok nagy része az első lépésből származik, és az ebben a lépésben képződött HCO3 – ion nagy része megoldásban marad.,

Triprotikus savak

a diprotinsav vagy a diprotikus bázis egyensúlyi problémák kezelésére szolgáló módszereink alkalmazhatók triprotikus savakra és bázisokra is. Ennek illusztrálására számítsuk ki a H3O+, H3PO4, H2PO4 -, HPO42-és PO43 – koncentrációkat egyensúlyban 0,10 M H3PO4solution-ban, amelyre Ka1 = 7,1 x 10-3, Ka2 =6,3 x 10-8, Ka3 = 4,2 x 10-13.

tegyük fel, hogy ez a sav lépésekkel disszociál, és elemezzük az első lépéstmost kiterjedt reakció.,

most feltételezzük, hogy a KA1 és a KA2 közötti különbség elég nagy ahhoz, hogy a H3O+ ionok többsége ebből az első lépésből származikés az ebben a lépésben képződött H2PO4 – ionok többsége inolúció marad.

C

ezt a feltételezést a Ka1 kifejezésre helyettesítve adja meg a következő egyenletet.

az a feltételezés, hogy kicsi a sav kezdeti koncentrációjához képest., De nem igazán kell ez a feltételezés, mert használhatjuk a kvadratikus képletet vagy a sikeres közelítést az egyenlet megoldásához. Akárhogy is, ugyanazt a választ kapjuk.

C= 0.023 M

ezt a C értéket használhatjuk.

0.10 – C0.077 M

0,023 m

most a megoldás második legerősebb savához fordulunk.,

a H3O+ és a H2PO4-ion koncentrációk helyettesítése ebbe a kifejezésbe a következő egyenletet adja.

Ha az eddigi feltételezéseink helyesek, a hpo42 – ionkoncentráció ebben a megoldásban megegyezik a Ka2-vel.

6.3 x 10-8

csak egy egyenletünk van, a leggyengébb sav egyensúlyi kifejezése aoldatban.,

helyettesítve azt, amit tudunk a H3O+és HPO42 – ionok koncentrációjáról ebben a kifejezésben, a következő egyenletet adja.

Ez az egyenlet megoldható az egyensúlyi foszfátion-koncentrációra.

1,2 x 10-18 M

a számítások eredményeinek összefoglalása segít ellenőrizni az út mentén tett feltételezéseket.

0.077 M

0.023 M

6.,3 x 10-8 M

1,2 x 10-18 M

az egyetlen közelítés használt munka ez a probléma az volt a feltételezés, hogy a aciddissociates egy lépésben egy időben. A h2po4-és a HPO42 – ionok koncentrációja közötti különbség elég nagy ahhoz, hogy igazolja azt a feltételezést, hogy a H3O+ ionok mindegyike az első lépésből származik? Igen. Elég nagy ahhoz, hogy igazolja azt a feltételezést, hogy az első lépésben kialakított h2po4 lényegében megoldásban marad? Igen.,

soha nem találkozhat olyan poliprotikus sav példájával, amelyheza ka egymást követő értékei közötti különbség túl kicsi ahhoz, hogy lehetővé tegyüka lépésenkénti disszociáció feltételezése. Ez a feltételezés akkor is működik, ha számíthatunk rá.