两性物质氢离子浓度计算有通式吗?

发布网友发布时间：2022-06-07 23:50

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热心网友时间：2023-10-30 23:49

两性物质溶液H+离子浓度计算通式

在酸碱溶液体系中，弱酸和弱碱的混合溶液、弱酸弱碱盐溶液、多元酸酸式盐溶液以及氨基酸溶液等都有一个共同特点，即在这些溶液中，既有可放出H+离子的组分，又有可得到H+离子的组分，因此可将这些溶液统称为两性物质溶液。这类溶液中H+离子浓度的计算，在目前常用的《分析化学》教材中，都没有给出统一的计算公式。本文在分别讨论各种两性溶液的H+离子浓度计算公式的基础上，导出计算的通式。
一．各种两性溶液H+离子浓度的计算公式
1．弱酸（HA）和弱碱（B）的混合溶液
设混合溶液中弱酸HA的浓度为ca mol·L-1, 弱碱B的浓度为cb mol·L-1。HA的共轭碱为A-，B的共轭酸为BH+。当酸式离解常数远小于时，溶液中的主要成份为HA和B，于是可列出质子条件：
[H+] = [OH-] + [A-] - [BH+]
求得（1）
2．弱酸弱碱盐溶液
设弱酸HA和弱碱B形成的盐为BH+A-，其溶液浓度为c mol·L-1。溶液中的主要成份为BH+ 和A-，由质子条件：
[H+] = [OH-] + [B] - [HA]
求得（2）
3．多元酸的酸式盐溶液
设二元酸H2B的酸式盐为HB-，其溶液浓度为c mol·L-1。HB-的酸式离解常数为，其共轭酸即H2B的酸式离解常数为，由质子条件：
[H+] = [OH-] + [B2-] - [H2A]
求得（3）
4．氨基酸溶液
设氨基酸NH2RCOOH溶液的浓度为c mol·L-1，酸式离解常数为，其共轭酸即NH3+RCOOH的酸式离解常数为，其质子条件为：
[H+] = [OH-] + [NH2RCOO-] - [NH3+RCOOH]
可求得（4）
二．两性溶液H+离子浓度的计算通式
设任一两性溶液中，能放出H+离子的组分为弱酸HA，而可得到H+离子的组分为弱碱B；HA的浓度为ca mol·L-1,酸式离解常数为；B的浓度为cb mol·L-1,其共轭酸BH+的酸式离解常数为。比较和归纳上述（1）至（4）式，可得到如下的H+离子浓度计算通式：
（5）
（5）式中的各量与（1）至（4）式中的各量比较见下表：
通式 [HA] [B]
弱酸(HA)+ 弱碱(B) [HA] [B]
弱酸弱碱盐（BH+A-） [BH+] [A-]
多元酸酸式盐（HB-） [HB-] [HB-]
氨基酸（NH2RCOOH） [NH2RCOOH] [NH2RCOOH]
如果忽略HA和B的离解，则（5）式中的[HA]≈ca ,[B]≈cb ,这时要求：
以及
由离解常数表达式；
须满足：以及
即要求
于是可得近似式：
（6）
当时,可忽略（6）式中的；当cb /时,可忽略(6)式分母中的；当两个条件同时成立时，可得最简式：
（7）
对弱酸弱碱盐，有ca =cb ；对多元酸的酸式盐和氨基酸溶液，当它们浓度为c mol·L-1时，由于HB- 和NH2RCOOH同时既为弱酸又为弱碱，也有 ca= cb = c,这时可将（7）式简化为下式：
（8）
上述（5）至（8）式就可应用于各种两性溶液中H+离子浓度的计算。
三．计算示例
例1．混合溶液含 mol·L-1 H3BO3和 mol·L-1 NaF ,计算该溶液中
H+离子浓度。
解：该溶液中弱酸为H3BO3 ，弱碱为F-；则ca = mol·L-1，cb = mol·L-1；H3BO3的离解常数=, F- 的共轭酸为HF，其离解常数
=。由于＞，＞，以及cb /＞，故可将各值代入（7）式计算：
（mol·L-1）
例2．计算mol·L-1 NH4Ac溶液的H+离子浓度。
解：该溶液中弱酸为NH4+，弱碱为Ac-，ca = cb = mol·L-1。
因NH3的碱式离解常数，故NH4+的酸式离解常数
=
Ac- 的共轭酸为HAc，其离解常数=。由于＞，＞，以及cb /＞，故可将各值代入（8）式计算：
（mol·L-1）
例3．计算mol·L-1 Na2HPO4溶液的H+离子浓度。
解：该溶液中弱酸和弱碱皆为HPO42-，ca = cb = c = mol·L-1。HPO42-的酸式离解常数为H3PO4的第*离解常数，；而HPO42-的共轭酸为H2PO4-，其酸式离解常数为H3PO4的第二级离解常数，。
由于＞，可应用（6）式，且可用c代替式中的ca 和 cb ；虽c ＜,但c /＞，故有
（mol·L-1）