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酸碱反应平衡常数是衡量酸碱反应进行程度的重要参数,是判断酸碱能否直接滴定、滴定突跃大小的依据,也是计算溶液pH值和进行计算滴定必需的常数。滴定分析使用的平衡常数有三种:活度常数、浓度常数和混合常数。
活度常数或称为热力学常数,如弱酸的活度常数Ka是用反应物与产物的活度表示:
HAH++A-
KaaH+aA-/aHA
活度常数仅随温度变化。
若用浓度表示上述平衡关系,其平衡常数就是浓度常数Kac:
Kac=[H+][A-]/[HA]=(aH+·aA-/aHA)×(γHA/γH+·γA-)=Ka/(γH+·γA-)
浓度常数不仅随温度变化,还随离子强度改变,式中,γ为离子的活度系数。
若H+或OH-用活度表示,其他组分用浓度表示,就得到混合常数KaM:
研究滴定分析时,选择和使用平衡常数时要注意以下问题。
(1)根据实际情况选择合适常数酸碱滴定中,通常溶液的浓度小,可以用活度常数代替浓度常数作近似计算,本节中pH值的计算大都是这样处理。但是标准缓冲溶液的pH值精确计算,必须进行活度校正。进行络合滴定时,多采用酸碱缓冲溶液控制pH值,溶液离子强度大,应使用浓度常数或混合常数。
(2)要注意常数的出处及测定条件不同文献报道的常数可能存在差别,选用时要注意其来源和测定条件,尽可能选择其测定条件和实际的分析条件相一致的常数。
(3)文献报道的常数不是恒定不变的随着科学进步,常数测定方法的改进,其数值也会发生变化,尽可能选择最新出版的手册和文献。特别在计算滴定分析中,为了得到准确结果,可在实际滴定条件下,先测定常数,再计算结果。
利用酸碱离解常数可以判断酸碱的强度:
酸的强度取决于它将质子给予水分子的能力,可用酸的离解常数Ka表示,Ka越大,酸越强。例如
3种酸的强弱顺序为:HAc>H2S>NH4+。
碱的强度取决于它夺取水分子中质子的能力,可用碱的离解常数Kb表示,Kb越大,碱越强。例如,上述3种酸的共轭碱为:
在酸、碱离解常数表中通常只给出酸或碱的离解常数,而不给出他共轭碱或酸的离解常数,下面讨论共轭酸碱的Ka与Kb的关系:
(1)一元弱酸碱的Ka与Kb的关系
以HAc为例
由上可见:①酸的Ka越大,酸性越强,其共扼碱的Kb必然越小,碱性越弱,反之亦然;②只要知道酸的Ka值,即可求得其共轭碱的Kb值;只要知道碱的Kb值,即可求得其共轭酸的Ka值。
(2)多元酸碱的Ka与Kb的关系
①二元酸以H2CO3为例,它分两步离解:
已知 H2CO3的Ka1=4.2×10-7; Ka2=5.6×10-11。
所以
②三元酸以H3PO4为例,它分三步离解,简单示意如下;
其共轭碱也分三步离解,简单示意如下:
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