10.3: Константи дисоціації кислоти

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21799

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть різницю між сильними і слабкими кислотами і підставами.
Опишіть, як хімічна реакція досягає хімічної рівноваги.
Визначте шкалу рН і використовуйте її для опису кислот і підстав.

Хімічна рівновага в слабких кислотах і основах

Поведінка слабких кислот і підстав ілюструє ключове поняття в хімії. Хімічна реакція, що описує іонізацію слабкої кислоти або основи, просто припиняється, коли кислота або основа роблять іонізуючу? Власне, ні. Швидше, зворотний процес - реформування молекулярної форми кислоти або основи - відбувається, зрештою, з тією ж швидкістю, що і процес іонізації. Наприклад, іонізація слабкої кислоти виглядає\(\ce{HC2H3O2 (aq)}\) наступним чином:

\[\ce{HC2H3O2(aq) + H2O(ℓ) \rightarrow H3O^{+}(aq) + C2H3O^{−}2(aq)} \label{Eq1} \]

Починає відбуватися і зворотний процес:

\[\ce{H3O^{+}(aq) + C2H3O^{−}2(aq) \rightarrow HC2H3O2(aq) + H2O(ℓ)} \label{Eq2} \]

Зрештою, існує баланс між двома протилежними процесами, і ніяких додаткових змін не відбувається. Хімічну реакцію краще представити в цій точці подвійною стрілкою:

\[\ce{HC2H3O2(aq) + H2O(ℓ) <=> H3O^{+}(aq) + C2H3O^{-}2(aq)} \label{Eq3} \]

Це\(\rightleftharpoons\) означає, що відбувається як пряма, так і зворотна реакції, і їх наслідки скасовують один одного. Процес в цій точці вважається хімічною рівновагою (або рівновагою). Важливо відзначити, що процеси не припиняються. Вони врівноважують один одного, щоб не було подальших чистих змін; тобто хімічна рівновага - це динамічна рівновага.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Partial Ionization

Напишіть рівноважне хімічне рівняння для часткової іонізації кожної слабкої кислоти або основи.

HNO (₂ кв)
С ₅ Н ₅ Н (ак)

Рішення

ГНО ₂ (ак) + Н ₂ О () НО ₂ ⁻ (ак) + Н ₃ О ⁺ (ак)
С ₅ Н ₅ Н (ак) + Н ₂ О () С ₅ Н ₅ Н ⁺ (ак) + ОН ⁻ (ак)

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Напишіть рівноважне хімічне рівняння для часткової іонізації кожної слабкої кислоти або основи.

\(HF_{(aq)}\)
\(AgOH_{(aq)}\)
СН ₃ Н ₂ (ак)

Відповідь

а. ВЧ (ак) + Н ₂ О () F ⁻ (ак) + Н ₃ О ⁺ (aq)

б. аО (aq) Ag ⁺ (aq) + ОН ⁻ (aq)

c СН ₃ Н ₂ (ак) + Н ₂ О () СН _{3 Н ₃} ⁺ (aq) + ОН ⁻ (aq)

Постійна іонізація кислоти,\(K_\text{a}\)

Іонізація для загальної слабкої кислоти\(\ce{HA}\), може бути записана наступним чином:

\[\ce{HA} \left( aq \right) \rightleftharpoons \ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{A^-} \left( aq \right) \nonumber \]

Оскільки кислота слабка, можна записати вираз рівноваги. Константа іонізації кислоти\(\left( K_\text{a} \right)\) - це постійна рівноваги для іонізації кислоти.

\[K_\text{a} = \frac{\left[ \ce{H^+} \right] \left[ \ce{A^-} \right]}{\left[ \ce{HA} \right]} \nonumber \]

Іонізація кислоти являє собою частку вихідної кислоти, яка була іонізована в розчині. Тому числове значення\(K_\text{a}\) є відображенням сили кислоти. Слабкі кислоти з відносно більш високими\(K_\text{a}\) значеннями сильніші, ніж кислоти з відносно меншими\(K_\text{a}\) значеннями. Оскільки сильні кислоти по суті\(100\%\) іонізовані, концентрація кислоти в знаменнику майже дорівнює нулю і\(K_\text{a}\) значення наближається до нескінченності. З цієї причини\(K_\text{a}\) значення, як правило, повідомляються лише для слабких кислот.

У таблиці нижче наведено перелік констант іонізації кислоти для декількох кислот. Зверніть увагу, що поліпронові кислоти мають чітку константу іонізації для кожного етапу іонізації, причому кожна наступна постійна іонізації менше попередньої.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Кислотні константи іонізації при\(25^\text{o} \text{C}\)
Найменування кислоти	Рівняння іонізації	\(K_\text{a}\)
Сірчана кислота	\(\ce{H_2SO_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HSO_4^-}\) \(\ce{HSO_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{SO_4^{2-}}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> дуже великий \(1.3 \times 10^{-2}\)
плавикова кислота	\(\ce{HF} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{F^-}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(7.1 \times 10^{-4}\)
Азотна кислота	\(\ce{HNO_2} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{NO_2^-}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(4.5 \times 10^{-4}\)
Бензойна кислота	\(\ce{C_6H_5COOH} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{C_6H_5COO^-}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(6.5 \times 10^{-5}\)
оцтова кислота	\(\ce{CH_3COOH} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{CH_3COO^-}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(1.8 \times 10^{-5}\)
Вугільна кислота	\(\ce{H_2CO_3} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HCO_3^-}\) \(\ce{HCO_3^-} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{CO_3^{2-}}\)	\ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> \(4.2 \times 10^{-7}\) \(4.8 \times 10^{-11}\)

Плавикова кислота\(HF_{(aq)}\) реагує безпосередньо зі склом (дуже мало хімічних речовин вступає в реакцію зі склом). Плавикова кислота використовується при травленні скла.