除少數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿外,大多數(shù)酸和堿在水溶液中的解離是不完全的,且解離過程是可逆的,最后酸或堿與它解離出來的離子之間建立了動(dòng)態(tài)平衡,該平衡稱為解離平衡。解離平衡是水溶液中的化學(xué)平衡,其平衡常數(shù)Kθ稱為解離常數(shù)。分別用Kaθ和Kbθ表示弱酸和弱堿的解離常數(shù),其值可由熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算,也可由實(shí)驗(yàn)測定。
解離常數(shù)的大小表示弱電解質(zhì)質(zhì)的相對(duì)強(qiáng)弱。弱電解質(zhì)的解離常數(shù)只與溫度有關(guān),與濃度和壓力無關(guān)。但溫度對(duì)解離常數(shù)的影響不大,所以在研究常溫下的解離平衡時(shí),通常不考慮溫度對(duì)解離常數(shù)的影響。
水的解離平衡
純水是一種很弱的電解質(zhì),存在下列解離平衡
H2O(l) ? H+(aq)+OH-(aq)
水的解離平衡常數(shù)又稱為水的離子積,符號(hào)Kwθ。
Kwθ=c(H+)·c(OH-) (2-6)
在常溫(18-25℃)時(shí),Kwθ=1.0×10-14。純水中H+濃度和OH-濃度相等,呈中性。如H+濃度大于OH-濃度,呈酸性,反之呈堿性。生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用pH值表示溶液的酸堿性。
pH=-lg[c(H+)/cθ] (2-7)
pH=7,溶液為中性;pH>7,溶液呈堿性;pH<7,溶液呈酸性。粗略測定溶液的pH值,可用pH試紙。精確測定時(shí),要用pH計(jì)。一些常見的液體都具有一定范圍的pH值范圍,如表2-4所示。
表2-4 一些常見液體的pH值
液體 | 檸檬汁 | 酒 | 醋 | 番茄汁 | 人尿 | 牛奶 | 人唾液 | 飲用水 | 人血液 | 海水 |
pH值 | 2.2~2.4 | 2.8~3.8 | 3.0 | 約3.5 | 4.8~8.4 | 6.3~6.6 | 6.5~7.5 | 6.5~8.0 | 7.3~7.5 | 約8.3 |
弱酸弱堿的解離平衡
弱酸HAc在水中存在如下解離平衡:
HAc(aq) ? H+(aq)+Ac-(aq)
其解離常數(shù)
Kaθ=[c(H+)/cθ][c(Ac-)/cθ]/[c(HAc)/cθ]
由于cθ=1.0mol/dm3,可將上式簡化為
Kaθ=[c(H+)c(Ac-)]/c(HAc) (2-8)
弱堿NH3·H2O在水中存在如下解離平衡
NH3·H2O(aq) ? NH4+(aq)+OH-(aq)
其解離常數(shù)為
Kbθ=[c(OH-)c(NH4+)]/c(NH3·H2O)