除少数强酸、强碱外,大多数酸和碱在水溶液中的解离是不完全的,且解离过程是可逆的,最后酸或碱与它解离出来的离子之间建立了动态平衡,该平衡称为解离平衡。解离平衡是水溶液中的化学平衡,其平衡常数Kθ称为解离常数。分别用Kaθ和Kbθ表示弱酸和弱碱的解离常数,其值可由热力学数据计算,也可由实验测定。
解离常数的大小表示弱电解质质的相对强弱。弱电解质的解离常数只与温度有关,与浓度和压力无关。但温度对解离常数的影响不大,所以在研究常温下的解离平衡时,通常不考虑温度对解离常数的影响。
水的解离平衡
纯水是一种很弱的电解质,存在下列解离平衡
H2O(l) ⇌ H+(aq)+OH-(aq)
水的解离平衡常数又称为水的离子积,符号Kwθ。
Kwθ=c(H+)·c(OH-) (2-6)
在常温(18-25℃)时,Kwθ=1.0×10-14。纯水中H+浓度和OH-浓度相等,呈中性。如H+浓度大于OH-浓度,呈酸性,反之呈碱性。生产和科学实验中常用pH值表示溶液的酸碱性。
pH=-lg[c(H+)/cθ] (2-7)
pH=7,溶液为中性;pH>7,溶液呈碱性;pH<7,溶液呈酸性。粗略测定溶液的pH值,可用pH试纸。精确测定时,要用pH计。一些常见的液体都具有一定范围的pH值范围,如表2-4所示。
表2-4 一些常见液体的pH值
液体 | 柠檬汁 | 酒 | 醋 | 番茄汁 | 人尿 | 牛奶 | 人唾液 | 饮用水 | 人血液 | 海水 |
pH值 | 2.2~2.4 | 2.8~3.8 | 3.0 | 约3.5 | 4.8~8.4 | 6.3~6.6 | 6.5~7.5 | 6.5~8.0 | 7.3~7.5 | 约8.3 |
弱酸弱碱的解离平衡
弱酸HAc在水中存在如下解离平衡:
HAc(aq) ⇌ H+(aq)+Ac-(aq)
其解离常数
Kaθ=[c(H+)/cθ][c(Ac-)/cθ]/[c(HAc)/cθ]
由于cθ=1.0mol/dm3,可将上式简化为
Kaθ=[c(H+)c(Ac-)]/c(HAc) (2-8)
弱碱NH3·H2O在水中存在如下解离平衡
NH3·H2O(aq) ⇌ NH4+(aq)+OH-(aq)
其解离常数为
Kbθ=[c(OH-)c(NH4+)]/c(NH3·H2O)