Główna zawartość
Chemia - program rozszerzony
Kurs: Chemia - program rozszerzony > Rozdział 12
Lekcja 2: Równowaga kwasowo-zasadowa- Równowaga między słabymi kwasami i zasadami
- Sprzężone pary kwas-zasada
- Związek pomiędzy Ka i Kb
- Zależność między pKa oraz pKb
- Związek pomiędzy Ka i Kb
- Ka i moc kwasu
- Stała równowagi słabych kwasów
- Stała równowagi słabych zasad
- Właściwości kwasowo- zasadowe soli
- pH roztworów soli
© 2023 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie
Równowaga między słabymi kwasami i zasadami
Reakcje jonizacji słabych kwasów i zasad oraz stałe związane z równowagą, Ka i Kb. Związek Ka i Kb z pH oraz obliczanie stopnia dysocjacji.
Kluczowe punkty:
- Dla typowego słabego jednoprotonowego kwasu
ze sprzężoną zasadą , stała równowagi ma postać:
- Stała dysocjacji kwasu
wyraża ilościowo stopień dysocjacji słabego kwasu. Im większa wartość , tym mocniejszy kwas i na odwrót. - Dla typowej słabej zasady
, ze sprzężonym kwasem , stała równowagi ma postać:
- Stała dysocjacji zasady (lub stała jonizacji zasady)
wyraża ilościowo stopień jonizacji słabej zasady. Im większa wartość , tym mocniejsza zasada i na odwrót.
Silne kwasy i zasady kontra słabe
Określenie silne kwasy i zasady odnosi się do związków, które całkowicie dysocjują do jonów w roztworze. Natomiast słabe kwasy i zasady jonizują tylko częściowo, a reakcja jonizacji jest odwracalne. W związku z tym, słabe kwasy i zasady zawierają wiele naładowanych i obojętnych związków w dynamicznej równowadze.
W tym artykule, omówimy reakcje dysocjacji kwasów i zasad oraz związane z nimi stałe równowagi: - stałą dysocjacji kwasu i - stałą dysocjacji zasady.
Rozgrzewka: Porównywanie mocy kwasów i
Problem 1: Słabe kontra mocne kwasy o takim samym stężeniu
Mamy dwa roztwory: roztwór kwasu fluorowodorowego, i roztwór kwasu bromowodorowego . Który z roztworów ma niższe ?
Problem 2: Słaby kontra mocny kwas o różnym stężeniu
Tym razem mamy roztwór kwasu fluorowodorowego, i roztwór kwasu bromowodorowego, . Który z roztworów ma niższe ?
Załóżmy, że nie znamy stałej równowagi dla dysocjacji kwasu fluorowodorowego.
Słabe kwasy i stała dysocjacji kwasu,
Słabe kwasy to kwasy, nie dysocjujące całkowicie w roztworze. Innymi słowy, słaby kwas to każdy kwas, który nie jest mocnym kwasem.
Moc słabego kwasu zależy od tego, jak bardzo dysocjuje: im bardziej dysocjuje tym mocniejszy jest. Aby wyrazić liczbowo względną moc słabego kwasu, możemy sprawdzić stałą dysocjacji kwasu , czyli stałą równowagi dla reakcji dysocjacji kwasu.
Dla typowego jednoprotonowego słabego kwasu , reakcja dysocjacji w wodzie może być zapisana w następujący sposób:
W oparciu o tę reakcję, możemy zapisać wyrażenie na stałą równowagi :
Wyrażenie na stałą równowagi jest stosunkiem produktów do substratów. Im więcej dysocjuje do i sprzężonej zasady , tym mocniejszy jest kwas i tym wyższa wartość . Ponieważ związane jest z , roztworu jest zarówno funkcją , jak i stężenia kwasu: wraz z zmniejszaniem się wzrasta stężenie kwasu i/lub .
Powszechne słabe kwasy
W tabeli poniżej wypisano kilka przykładów słabych kwasów i ich wartości .
Nazwa | Wzór | |
---|---|---|
Jon amonowy | ||
Kwas chlorowy (III) | ||
Kwas fluorowodorowy | ||
Kwas octowy |
Sprawdź swoją wiedzę teoretyczną: Na podstawie powyższej tabeli, który kwas jest mocniejszy octowy czy fluorowodorowy?
Przykład 1: Obliczanie % dysocjacji słabego kwasu
Jednym sposobem na obliczenie ile słabego kwasu dysocjuje jest obliczenie procentu dysocjacji. Procent dysocjacji słabego kwasu może być obliczony w poniższy sposób:
Jeżeli kwas azotawy ma równe w , to ile wynosi procent dysocjacji kwasu azotawego o stężeniu solution?
Rozpracujmy ten przykład krok po kroku!
Krok 1: Zapisz zbilansowane równanie reakcji dysocjacji
Najpierw, zapisz zbilansowane równanie dysocjacji w wodzie Kwas azotawy może oddać jeden proton do wody aby stworzyć :
Krok 2: Zapisz wyrażenie na
Na podstawie równania z kroku 1., możemy zapisać wyrażenie na kwasu azotawego:
Krok 3: Znajdź i w równowadze
Następnie, możemy użyć aby znaleźć wyrażenia algebraiczne na stężenia równowagowe w wyrażeniu na :
Początkowe | ||||
Zmiana | ||||
Równowagowe |
Podstawiając stężenia równowagowe do wyrażenia na , otrzymujemy:
Upraszczając wyrażenie, otrzymujemy:
Jest to równanie kwadratowe, z którego możemy obliczyć używając wzoru na pierwiastki równania lub metodą przybliżeń.
W obu metodach otrzymamy wynik . W związku z tym .
Krok 4: Oblicz procent dysocjacji
Do obliczenia procentu dysocjacji, użyjemy stężeń równowagowych, które obliczyliśmy w 3. kroku:
Wynika z tego, że w roztworze of the zdysocjowało do jonów i .
Słabe zasady i
Przeanalizujmy stałą dysocjacji zasady (nazywaną również stałą jonizacji zasady) . Zacznijmy od zapisania reakcji jonizacji typowej słabej zasady w wodzie. W tej reakcji, zasada jest akceptorem protonu z wody i powstają jon wodorotlenkowy i sprzężony kwas, :
Możemy zapisać równanie na stałą równowagi w następujący sposób:
Z tego stosunku, możemy wyczytać, że im więcej zasady jonizuje, tworząc , tym mocniejsza jest zasada i tym wyższa wartość . W takim razie, będzie funkcją zarówno wartości , jak i stężenia zasady.
Przykład 2: Obliczanie roztworu słabej zasady
Ile wynosi roztworu jonu amonowego, ?
Ten przykład jest problemem dotyczącym równowagi o jednym dodatkowym kroku: wyliczenie z . Przeanalizujmy obliczenia krok po kroku.
Krok 1: Zapisz zbilansowane równanie jonizacji
Najpierw zapiszmy reakcję jonizacji zasady dla amoniaku. Amoniak jest akceptorem protonów z wody i tworzy amoniak, :
Krok 2: Zapisz wyrażenie na
Ze zbilansowanego równania możemy napisać wyrażenie na :
Step 3: Find and at equilibrium
Aby ustalić stężenia równowagowe, możemy użyć :
Początkowe | ||||
Różnica | ||||
Równowagowe |
Podstawiając wartości równowagowe do wyrażenia na , otrzymujemy:
Po uproszczeniu dostajemy:
Jest to równanie kwadratowe, które możemy rozwiązać używając wzoru na pierwiastki równania lub metodą przybliżeń. Każda z metod da nam rozwiązanie.
Krok 4: Oblicz , używając
Gdy znamy już stężenie jonu wodorotlenkowego, możemy obliczyć :
Przypomnij sobie, że w , . Przekształcając równanie, otrzymujemy:
Podstawiając wartość , otrzymujemy:
Wynika z tego, że roztworu wynosi 11,72.
Powszechne słabe zasady
Od mydła do domowych środków czyszczących- słabe zasady są wszędzie wokół nas. Aminy- obojętny atom azotu, połączony trzema wiązaniami z innymi atomami (najczęściej węglem lub wodorem), są powszechną grupą słabych zasad organicznych.
Aminy pełnią funkcję zasad, ponieważ wolna para elektronowa azotu może przyjąć Amoniak, , jest przykładem zasady aminowej. Pirydyna, , jest innym przykładem zasady, zawierającej azot.
Podsumowanie
- Dla typowego słabego jednoprotonowego kwasu
ze sprzężoną zasadą , stała równowagi ma postać:
- Stała dysocjacji kwasu
wyraża ilościowo stopień dysocjacji słabego kwasu. Im wyższa wartość , tym mocniejszy kwas i na odwrót. - Dla typowej słabej zasady
, ze sprzężonym kwasem , stała równowagi ma postać:
- Stała dysocjacji zasady (lub stała jonizacji zasady)
wyraża ilościowo stopień jonizacji słabej zasady. Im wyższa wartość , tym mocniejsza zasada i na odwrót.
Spróbuj sam!
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji