内容正文:
素养发展3 水解常数(Kh) 与电离常数的关系及应用
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1.盐的水解常数
用HA表示酸,MOH表示碱,MA表示由它们生成的盐。若MA为强碱弱酸盐,则其水解的离子方程式为A-+H2OHA+OH-,该反应的平衡常数可表示为Kh= eq \f(c(HA)·c(OH-),c(A-)) ,Kh称为盐的水解常数。
2.盐的水解常数与电离平衡常数、水的离子积常数的关系
当水解达到平衡时,溶液中HA还存在电离平衡,存在以下关系:Ka= eq \f(c(H+)·c(A-),c(HA)) 。
将以上关系式代入Kh的表达式,得到强碱弱酸盐的水解常数与弱酸电离常数的关系式Kh= eq \f(c(H+)·c(OH-),Ka) = eq \f(Kw,Ka) 。
同理,可推出强酸弱碱盐的水解常数与弱碱电离常数的关系式:Kh= eq \f(Kw,Kb) 。
上述两个关系式表明,弱酸或弱碱的电离常数越小(酸性或碱性越弱),其所生成的盐的水解程度越大。
3.利用电离常数(Ka或Kb)计算水解常数(Kh)
类别
Ka(或Kb)与Kh的关系
水解常数(Kh)的计算
弱酸根离子(A-)
Ka·Kh=Kw
Kh= eq \f(Kw,Ka)
弱碱阳离子(B+)
Kb·Kh=Kw
Kh= eq \f(Kw,Kb)
二元弱酸(H2X)
一级电离产生离子(HX-)
Kh(HX-)·Ka1=Kw
Kh(HX-)= eq \f(Kw,Ka1)
二级电离产生离子(X2-)
Kh(X2-)·Ka2=Kw
Kh(X2-)= eq \f(Kw,Ka2)
[典例] (1)25 ℃时,H2SO3HSO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) +H+的电离常数Ka1=1.4×10-2,则该温度下NaHSO3水解反应的平衡常数Kh=________,若向NaHSO3溶液中加入少量的I2,则溶液中 eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3),c(HSO))
将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)25 ℃时,NH3·H2O的电离平衡常数Kb=1.8×10-5。该温度下,1.0 mol/L的NH4Cl溶液中c(H+)≈________ mol/L(已知: eq \r(5.56) ≈2.4)。
答案:(1)7.1×10-13 增大 (2)2.4×10-5
解析:(1)NaHSO3的水解平衡常数Kh=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3)·c(OH-),c(HSO))
,H2SO3的电离常数表达式为Ka1=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(HSO)·c(H+),c(H2SO3))
=1.4×10-2,水的离子积常数Kw=c(H+)·c(OH-)=1×10-14,则有Kh=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3)·Kw,c(HSO)·c(H+))
= eq \f(Kw,Ka1) = eq \f(1×10-14,1.4×10-2) ≈7.1×10-13。由Kh=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3)·c(OH-),c(HSO))
可得eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3),c(HSO))
= eq \f(Kh,c(OH-)) ,加入I2后,HSO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 被氧化为H2SO4,c(H+)增大,c(OH-)减小,Kh不变,故
eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(H2SO3),c(HSO))
增大。
(2)根据Kh= eq \f(Kw,Kb) 可得NH4Cl的水解常数Kh= eq \f(1×10-14,1.8×10-5) ≈5.56×
10-10,又知Kh=eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) eq \f(c(H+)·c(NH3·H2O),c(NH))
,由于NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 水解程度较小,近似处理:c(H+)≈c(NH3·H2O),c(NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) )≈1.0 mol/L,则有5.56×10-10
(mol/L)2=c2(H+),c(H+)≈2.4×10-5 mol/L。
1.已知25 ℃时,NH3·H2O的电离平衡常数Kb约为2×10-5。将浓度均为1.0 mol/L的氨水和NH4Cl溶液等体积混合,则混合溶液呈________(填“酸性”“中性”或“碱性”),此时混合溶液的pH=______(已知:lg5=0.7)。
答案:碱性 9.3
解析:NH4Cl的水解常数Kh= eq \f(Kw,Kb) = eq \f(1×10-14,2×10-5) =5×10-10<Kb=2×10-5,则等体积、等浓度的氨水和NH4Cl溶液混合,NH3·H2O的电离程度大,故混合溶液呈碱性。NH3·H2O的电离常数Kb=eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) eq \f(c(NH)·c(OH-),c(NH3·H2O))
,混合溶液中c(NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) )≈c(NH3·H2O),则有c(OH-)≈Kb=2×10-5 mol/L,c(H+)= eq \f(1×10-14,2×10-5) mol/L=5×10-10 mol/L,故混合溶液的pH=-lg(5×10-10)=10-lg 5=9.3。
2.(1)常温下,用NaOH溶液吸收SO2得到pH=9的Na2SO3溶液,吸收过程中水的电离平衡________(填“向左”“向右”或“不”)移动。试求出该溶液中c(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )∶c(HSO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) )=____________(常温下,H2SO3的电离常数Ka1=1.4×10-2,Ka2=6.0×10-8)。
(2)工业生产中NO2尾气常用NaOH溶液吸收,生成NaNO2和NaNO3。已知NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) 的水解常数Kh=2×10-11,常温下,某NaNO2和HNO2混合溶液的pH为5,则该混合溶液中c(NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) )与c(HNO2)的比值等于________。
答案:(1)向右 60∶1 (2)50
解析:(1)Na2SO3溶液中SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) 的水解常数Kh1=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(HSO)·c(OH-),c(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) ))
,而Kh1= eq \f(Kw,Ka2) = eq \f(1×10-14,6.0×10-8) = eq \f(1,6) ×10-6,则有eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) eq \f(c(HSO)·c(OH-),c(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) ))
= eq \f(1,6) ×10-6,此时溶液的pH=9,c(OH-)=10-5 mol/L,故c(SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(3)) )∶c(HSO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) )=10-5∶( eq \f(1,6) ×10-6)=60∶1。
(2)NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) 的水解常数Kh=2×10-11,则有Ka(HNO2)= eq \f(Kw,Kh) = eq \f(1×10-14,2×10-11) =5×10-4。HNO2存在电离平衡:HNO2⇌H++NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) ,Ka(HNO2)=eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) eq \f(c(H+)·c(NO),c(HNO2))
,则有c(NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) )/c(HNO2)=Ka(HNO2)/c(H+),又知混合溶液的pH=5,c(H+)=1×10-5 mol/L,故c(NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(2)) )/c(HNO2)=(5×10-4)/(1×10-5 )=50。
$$