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水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系

在水溶液中常有许多平衡常数,如KwKaKbKsp、 Kh等,它们分别代表什么意思?它们之间有什么关系?它们用于解决哪些化学问题?请看以下分析。

万变不离其宗,水溶液中的各种离子平衡都遵循化学平衡的特点,以上各种平衡常数与水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系化学平衡常数有着明显的共性,都是渗透化学平衡常数的应用。因此,都可借助于平衡方程式来分析各种平衡常数。

【概念辨析】

1.Kw是水的离子积,是指在一定温度下水c(Hc(OH)的乘积。

依据:H2O(l)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系H(aq)+OH(aq),K=c(H)×c(OH)/c(H2O)。由于水是纯液体c(H2O)可看作是一个常数,所以Kw=c(H)×c(OH)。Kw只跟温度有关,在25℃,Kw=c(H)×c(OH)=10-7mol·L-1×10-7mol·L-1=1.0×10-14mol2·L-2。在电解质的稀水溶液中c(H2O)和纯水c(H2O)几乎相同,因此Kw也几乎相等。常常把“1.0×10-14”这个值作为室温下水的离子积。常用于酸、碱、盐水溶液c(H)c(OH)的定性分析与定量计算。

2.KaKb分别表示一元弱酸、一元弱碱的水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系电离常数,弱酸、弱碱均属于弱电解质。在一定条件下,弱电解质电离达到平衡时,溶液中电离出来的各种离子浓度乘积与溶液中未电离的电解质分子浓度的比值是一个常数,叫做该弱电解质的水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系电离平衡常数。弱电解质的电离平衡常数只与温度有关,而与该弱电解质的浓度无关。一般Ka(或Kb)值越大,表示酸(或碱)的电离程度就越大,相应酸(或碱)的酸性(或碱性)就越强。可利用KaKb的值计算酸(或碱)溶液中各微粒浓度。

依据:AB(aq)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系A(aq)+B(aq),K=c(A)×c(B)/c(AB)。

若是一元弱酸,如醋酸:CH3COOH(aq)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系H(aq)+CH3COO(aq),

Ka=c(H)×c(CH3COO)/c(CH3COOH)。

若是一元弱碱,如氨水:NH3·H2O(aq)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系NH4(aq)+OH(aq),

Kb=c(NH4)×c(OH)/c(NH3·H2O)

3.Ksp是难溶电解质的沉淀溶解平衡常数,即水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系溶度积。一定温度下难溶电解质的饱和溶液中,各组分离子浓度的幂之积。Ksp只与难溶电解质的性质、温度有关,而与沉淀的量无关,并且溶液中的离子浓度的变化只能使平衡移动,并不改变溶度积。可以用Ksp来计算饱和溶液中某种离子的浓度。

依据:MmAn(s)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系mMn+(aq)+nAm-(aq), Ksp=cm(Mn+cn(Am)。由于难溶电解质是固体物质不列入平衡常数。

如Mg(OH)2:Mg(OH)2(s)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系Mg2+(aq)+2OH(aq),Ksp=c(Mg2+c2(OH)

4.Kh是盐的水解平衡常数,水解反应也是一种离子平衡。在一定温度下,能水解的盐(强碱弱酸盐、强酸弱碱盐或弱酸弱碱盐)在水溶液中达到水解平衡时,生成的弱酸(或弱碱)浓度与氢氧根离子(或氢离子)浓度之积与溶液中未水解的弱酸根阴离子(或弱碱的阳离子)浓度之比是一个常数,该常数就叫水解平衡常数。同其它平衡常数一样,Kh只与水解盐的性质、温度有关。Kh也可以衡量反应进行程度的。Kh越大,表示水解程度越大。可利用Kh的值计算溶液中各微粒浓度。

依据:利用各种盐水解的平衡方程式来推理盐的水解平衡常数Kh。

若是一元弱酸强碱盐,如醋酸钠:

CH3COO(aq)+H2O(l)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系CH3COOH(aq)+OH(aq),

Kh=c(CH3COOH)×c(OH)/c(CH3COO),水是纯液体不列入平衡常数,将

C(OH)=Kw/c(H)代入上式,Kh=c(CH3COOH)×Kw/c(H)/c(CH3COO)= Kw/Ka

同理,若是一元弱碱强酸盐,如氯化铵:可得Kh=KwKb

同理,若是弱酸弱碱盐,如醋酸铵:可得Kh= Kw/(Ka×Kb)。

若是多元弱碱强酸盐,如氯化铁:

Fe3+(aq)+3H2O(l)水溶液中的各种离子平衡常数与化学平衡常数的关系Fe(OH)3(s)+3H(aq),

由于水是纯液体,Fe(OH)3是固体物质不列入平衡常数。

Kh=c3(H)×c(Fe3+),因为可将(Kw)3=c3(Hc3(OH)与Ksp=c(Fe3+c3(OH)两式相除消去c3(OH)即得Kh=(Kw)3/Ksp

结论:显然,各种平衡常数的表达式决定于各种平衡方程式,当平衡方程式中的系数改变时,平衡常数的表达式也随之改变。平衡常数的表达式均以各微粒的平衡浓度表示。固体和纯液体的浓度为常数,因此,它们的浓度不出现在表达式中。各种平衡常数都只与温度有关。

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