弱碱
布朗斯特-劳里酸碱理论中,弱碱指在水溶液中不完全电离的碱,意即质子化反应不完全。一般碱的pH值范围为7~14,其中7为中性,14则为强碱性,可通过以下公式计算:
酸鹼化学 |
---|
酸 |
鹼 |
相对强碱而言,弱碱从水分子接受质子的能力较差,因而溶液中H+浓度更高,pH值较低。
碱阴离子的电离平衡不涉及H+,通常以OH−离子浓度先计算pOH:
共轭酸(如NH4+)与共轭碱(如NH3)的酸碱平衡式相乘,得到:
由于,因此。
等式两边同时取对数,得:
最后等式两边同乘-1,结果为:
pH值可由已知的pOH值代入下式计算:
- pH = pKw - pOH,pKw = 14.00
与弱酸类似,弱碱在水中也存在电离平衡,其反应平衡常数称作Kb,可作为碱强弱的量度。强碱电离过程完全,Kb值也较大。弱碱,如氨在溶于水时存在下列平衡:
pH值计算涉及的H+浓度与OH−浓度通过水的离子积联系起来,Kw = 1.0x10−14,见水的自偶电离。强碱中H+浓度较低,即OH−浓度更高,Kb更大。
反应平衡
通常以碱的共轭酸百分比来描述弱碱的碱性强弱。若共轭酸浓度更大,则表明pH值更大,若更小则相反。弱碱的共轭酸浓度通常较低。
酸碱平衡式为:
- ,B表示碱
式中[B]initial表示假想的反应发生前碱的摩尔浓度。
例子
计算0.20 mol/L吡啶水溶液的pH及酸型所占的百分比,吡啶:C5H5N,Kb为1.8 x 10−9。
首先写出酸碱平衡反应式:
浓度列表,单位为mol/L:
C5H5N | C5H6N+ | OH− | |
---|---|---|---|
初始浓度 | 0.20 | 0 | 0 |
浓度变化量 | -x | +x | +x |
平衡浓度 | 0.20 -x | x | x |
将平衡浓度代入Kb计算式 | |
假设x很小,可以忽略 | |
解出x | |
检验 x << 0.20 的假设是否正确 | ;因此近似可行 |
由pOH = -log [OH−],[OH−]=x计算pOH | |
由pH = pKw - pOH | |
由[HB+] = x,[B]initial = 0.20计算酸型的百分比 |
即,有0.0095%的吡啶以共轭酸C5H6N+的形式存在。
参考资料
- Atkins, Peter, and Loretta Jones. Chemical Principles: The Quest for Insight, 3rd Ed., New York: W.H. Freeman, 2005.
外部链接
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