15.7: Растворы слабых оснований

Некоторые соединения производят ионы гидроксида при растворении химически реагируя с молекулами воды. Во всех случаях эти соединения реагируют только частично и так классифицируются как слабые основания. Эти типы соединений также изобилуют в природе и важных товарах в различных технологиях. Например, глобальное производство слабого аммиака основание, как правило, значительно превышает 100 метрических тонн в год, широко используется в качестве сельскохозяйственных удобрений, сырья для химического синтеза других соединений и активного ингредиента бытовых чистящих средств. При растворении в воде аммиак частично реагирует на ионы гидроксида, как показано ниже:

Это, по определению, реакция кислотно-основная, в данном случае включающая перенос ионов H+ из молекул воды в молекулы аммиака. В типичных условиях в качестве ионов NH4+ присутствует только около 1% растворенного аммиака.

Расчет концентраций ионов гидроксида и Poh в слабой основание раствор

Найдите концентрацию гидроксидного иона, пуха и pH 0.25 M раствор триметиламина, слабого основание:

Таблица ICE для этой системы составляет

Подстановка терминами равновесной концентрации в выражение Kb дает

Предполагая x << 0.25 и решая для получения х урожаев

Это значение меньше 5% от начальной концентрации (0.25), поэтому предположение оправдано.

Как определено в таблице ЛЬДА, x равно равновесной концентрации гидроксидного иона:

Расчетное значение PoH составляет

С помощью связи;

Позволяет вычислить pH:

Определение Kb от pH

Если pH 0.28 M раствор этиламина (C2H5NH₂) составляет 12.10, что это за Kb?

Для расчета Kb этиламина сначала необходимо определить концентрацию Poh и ионов гидроксида. Поскольку pH составляет 12.10, PoH можно рассчитать следующим образом:

Поскольку Poh равно 1.90, концентрация ионов гидроксида раствор может быть вычислена по формуле

Для этой системы можно построить ледяной стол следующим образом

Так как 0.0126 м составляет 4.5% от 0.28 м, 0.28 – 0.0126 можно считать почти равным 0.28 м по правилу 5%.

После подстановки указанных выше значений в выражении для Kb этиламина,

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд. раздел 4.2: Классификация химических реакций и 14.3 относительных сильных сторон кислот и оснований.

Слабое основание, такое как аммиак, представляет собой основание Бренстеда, которое принимает протон из воды для образования гидроксид-иона. Слабые основания частично реагируют с водой в соответствии с их константой диссоциации оснований Kb, которая составляет 1, 76 10⁻⁵ для аммиака. Kb для аммиака можно выразить как концентрацию иона аммония, умноженную на концентрацию гидроксид-ионов, деленную на концентрацию аммиака в состоянии равновесия.

Kb можно использовать для определения концентрации гидроксид-ионов в слабом растворе основания и, следовательно, pOH и pH раствора. Концентрацию гидроксид-ионов и значение pH 0, 23 М раствора аммиака можно определить, используя его основную константу диссоциации и составив таблицу концентраций, содержащую начальные и равновесные значения аммиака, ионов аммония и гидроксид-ионов. Подставляя равновесные концентрации в выражение Kb, Kb равно x, умноженному на x, деленному на 0, 23 минус x.

Поскольку слабые основания демонстрируют частичную диссоциацию, 0, 23 минус x можно рассматривать как приблизительно 0, 23. При решении уравнения получаем x равно 2 10⁻³ моль. Приближение 0, 23 минус x равно 0, 23, так как концентрация гидроксид-иона составляет всего 0, 86%от 0, 23 моль на литр.

Чтобы рассчитать pH этого раствора, сначала определите pOH, взяв отрицательный логарифм концентрации гидроксид-иона, который равен 2, 70. Значение pH можно определить по формуле:pH плюс pOH, равное 14 и рассчитанное как 11, 30. Kb для слабого основного раствора можно рассчитать, если известен pH слабого основного раствора.

Метиламин слабое основание, которое частично диссоциирует в воде на ионы метиламмония и гидроксид-ионы. Kb для метиламина можно выразить как концентрацию иона метиламмония, умноженную на концентрацию гидроксид-ионов, деленную на концентрацию метиламина в состоянии равновесия. Чтобы рассчитать Kb для 0, 040 М раствора метиламина с pH 11, 6, сначала необходимо рассчитать pOH, а затем концентрацию его гидроксид-иона.

Поскольку pH равен 11, 60, pOH составляет 2, 40, а его концентрация гидроксид-ионов составляет 4, 0 10⁻³. Таблица концентраций может быть построена по начальной и равновесной концентрациям метиламина, метиламмония и гидроксида. Подстановка равновесных концентраций в выражение для Kb дает значение для Kb, которое составляет 4, 4 10⁻⁴.