15.7
Schwache Basislösungen
Einige Verbindungen erzeugen beim Auflösen Hydroxidionen, indem sie chemisch mit Wassermolekülen reagieren. In allen Fällen reagieren diese Verbindung…
Eine schwache Base, wie Ammoniak, ist eine Brønsted-Base, die ein Proton aus Wasser aufnimmt, um das Hydroxidion zu erzeugen. Schwache Basen reagieren teilweise mit Wasser entsprechend ihrer Basendissoziationskonstante Kb, die für Ammoniak 1,76 × 10−5 beträgt.
Das KBfür Ammoniak kann ausgedrückt werden als die Ammoniumionenkonzentration multipliziert mit der Hydroxidionenkonzentration dividiert durch die Konzentration von Ammoniak im Gleichgewicht.
Kb kann verwendet werden, um die Konzentration der Hydroxidionen in einer schwachen basischen Lösung und damit das pOH und den pH-Wert der Lösung zu bestimmen.
Die Hydroxidionenkonzentration und der pH-Wert von 0,23 M Ammoniaklösung können unter Verwendung ihrer Basendissoziationskonstante und durch Erstellung einer ICE-Tabelle bestimmt werden, die die Anfangs- und Gleichgewichtswerte der Ammoniak-, Ammoniumionen und Hydroxidionen enthält.
Setzt man Gleichgewichtskonzentrationen in den KB-Ausdruck ein, so ist Kb gleich x mal x geteilt durch 0,23 minus x. Da schwache Basen eine partielle Dissoziation aufweisen, kann 0,23 minus x als ungefähr 0,23 angesehen werden.
Wenn die Gleichung gelöst ist, ist x gleich 2 × 10−3 M.
Die Näherung 0,23 minus x ist gleich 0,23 gilt hier, da die Hydroxidionenkonzentration nur 0,86 % von 0,23 molar beträgt.
Um den pH-Wert dieser Lösung zu berechnen, bestimmen Sie zunächst das pOH, indem Sie das negative Protokoll der Hydroxidionenkonzentration nehmen, das 2,70 entspricht. Der pH-Wert kann mit der Formel bestimmt werden: pH plus pOH ist gleich 14 und wird mit 11,30 berechnet.
Der KB-Wert für eine schwache basische Lösung kann berechnet werden, wenn der pH-Wert der schwachen basischen Lösung bekannt ist.
Methylamin ist eine schwache Base, die in Wasser teilweise in Methylammoniumionen und Hydroxidionen dissoziiert.
Das KB für Methylamin kann ausgedrückt werden als die Methylammoniumionenkonzentration multipliziert mit der Hydroxidionenkonzentration dividiert durch die Konzentration von Methylamin im Gleichgewicht.
Um die Kb einer 0,040 M Methylaminlösung mit einem pH-Wert von 11,6 zu berechnen, muss zuerst das pOH berechnet werden, gefolgt von seiner Hydroxidionenkonzentration. Da der pH-Wert 11,60 beträgt, beträgt der pOH 2,40 und die Konzentration der Hydroxidionen 4,0 × 10-3.
Die ICE-Tabelle kann aus der Anfangs- und der Gleichgewichtskonzentration von Methylamin, Methylammonium und Hydroxid erstellt werden.
Das Einsetzen von Kb durch Gleichgewichtskonzentrationen im Ausdruck ergibt einen Wert für Kb, der 4,4 × 10−4 beträgt.
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Q1: What is a weak base and how does it differ from a strong base?
A weak base is a Brønsted base that accepts a proton from water to produce hydroxide ions, but reacts only partially with water. Unlike strong bases that completely dissociate, weak bases establish an equilibrium between the molecular form and ionized products. Ammonia is a common example, with only about 1% of dissolved ammonia present as ammonium ions under typical conditions.
Q2: How is the base dissociation constant used to calculate hydroxide ion concentration?
The base dissociation constant (Kb) expresses the ratio of product concentrations to reactant concentration at equilibrium. For ammonia, Kb = 1.76 × 10⁻⁵. By constructing an ICE table with initial and equilibrium concentrations, you substitute values into the Kb expression to solve for hydroxide ion concentration, which then determines pOH and pH of the solution.
Q3: What is the ICE table method and why is it useful for weak base problems?
The ICE table tracks Initial, Change, and Equilibrium concentrations of all species in a weak base equilibrium. It organizes data systematically, showing how concentrations shift from initial values to equilibrium. This method simplifies substitution into the Kb expression and helps identify which concentrations to use when calculating hydroxide ion concentration and subsequent pH values.
Q4: How do you calculate pH from pOH in a weak base solution?
First, calculate pOH by taking the negative logarithm of hydroxide ion concentration. Then use the relationship pH + pOH = 14 to find pH. For example, a 0.23 M ammonia solution with hydroxide ion concentration of 2 × 10⁻³ M yields pOH of 2.70 and pH of 11.30, confirming the basic nature of the solution.
Q5: Can you determine Kb if you know the pH of a weak base solution?
Yes. Convert pH to pOH using pH + pOH = 14, then calculate hydroxide ion concentration from pOH. Construct an ICE table using the known initial concentration and calculated hydroxide ion concentration at equilibrium. Substitute these values into the Kb expression to solve for the base dissociation constant of the weak base.
Q6: Why is the approximation that x is negligible valid in weak base calculations?
Weak bases show partial dissociation, so the change in concentration (x) is typically very small compared to the initial concentration. The approximation is valid when x is less than 5% of the initial concentration. For ammonia, x = 2 × 10⁻³ M is only 0.86% of 0.23 M, justifying the simplification and making calculations manageable.
Q7: What are common applications of weak bases like ammonia?
Ammonia is produced globally in quantities exceeding 100 metric tons annually. It serves as an agricultural fertilizer, a raw material for chemical synthesis of other compounds, and an active ingredient in household cleaners. Its partial dissociation in water and resulting hydroxide ion production make it valuable across industrial, agricultural, and consumer applications.