15.7
Solutions de base faible
Certains composés produisent des ions hydroxyde lorsqu'ils sont dissous par réaction chimique avec des molécules d'eau. Dans tous les cas, ces composé…
Une base faible, comme l'ammoniac, est une base Brønsted qui accepte un proton de l'eau pour produire l'ion hydroxyde. Les bases faibles réagissent partiellement avec l'eau selon leur constante de dissociation de base, Kb, qui est de 1, 76 10⁻⁵ pour l'ammoniac. Le Kb pour l'ammoniac peut être exprimé comme la concnentration d'ion ammonium multipliée par la concentration d'ion hydroxyde divisée par la concentration d'ammoniac à l'équilibre.
Le Kb peut être utilisé pour déterminer la concentration en ions hydroxyde dans une solution de base faible et par conséquent, le pOH et le pH de la solution. La concentration en ions hydroxyde et le pH de 0, 23 M de solution d'ammoniac peut être déterminé en utilisant sa constante de dissociation de base et en préparant un tableau ICE contenant les valeurs initiales et d'équilibre de l'ammoniac, d'ions d'ammonium et ions hydroxyde. Substitution des concentrations d'équilibre dans l'expression Kb, Kb est égal à x fois x divisé par 0, 23 moins x.
Comme les bases faibles montrent une dissociation partielle, 0, 23 moins x peut être considéré comme égal à environ 0, 23. Lorsque l'équation est résolue, x est égal à 2 10⁻³ molaire. Le rapprochement 0, 23 moins x est égale à 0, 23 est valable ici car la concentration en ions hydroxyde est seulement de 0, 86%de 0, 23 molaire.
Pour calculer le pH de cette solution, déterminez d'abord le pOH en prenant le log négatif de la concentration en ions hydroxyde, ce qui est égale à 2, 70. Le pH peut être déterminé en utilisant la formule:pH plus pOH égal à 14 et calculé à 11, 30. Le Kb pour une solution de base faible peut être calculé si le pH de la solution de base faible est connu.
La méthylamine est une base faible qui se dissocie dans l'eau en ions méthylammonium et les ions hydroxyde. Le Kb de la méthylamine peut être exprimé en concentration en méthylammonium ionique multipliée par la concentration d'ion hydroxyde divisée par la concentration de méthylamine à l'équilibre. Pour calculer le Kb d'une solution de méthylamine de 0, 040 molaire avec un pH de 11, 6, il faut d'abord calculer le pOH suivi de sa concentration en ions hydroxyde.
Comme le pH étant de 11, 60, le pOH est de 2, 40, et sa concentration en ions hydroxyde est de 4, 0 10⁻³. La table ICE peut être construite à partir de l'initiale et les concentrations d'équilibre de méthylamine, méthylammonium et hydroxyde. La substitution des concentrations d'équilibre dans l'expression pour le Kb donne la valeur de Kb, qui est de 4, 4 10⁻⁴.
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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.