Back to chapter

15.9:

Смеси кислот

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Mixtures of Acids

Languages

Share

В смеси сильной кислоты и слабой кислоты сильная кислота полностью диссоциирует и значительно увеличивает концентрацию ионов гидроксония, тогда как слабая кислота диссоциирует лишь частично. Точно так же в смеси двух слабых кислот относительно более сильная кислота образует больше ионов гидроксония, чем более слабая кислота. В обоих случаях диссоциация более слабой кислоты подавляется, когда она находится в присутствии более сильной кислоты.Принцип Ле Шателье объясняет, что образование ионов гидроксония более сильной кислотой смещает равновесие в сторону исходных веществ, тем самым уменьшая диссоциацию слабой кислоты. Таким образом, pH смеси кислот в основном определяется концентрацией более сильной кислоты. Например, в смеси, содержащей 0, 15 моль соляной кислоты и 0, 30 моль синильной кислоты, соляная кислота сильная кислота дает концентрацию ионов гидроксония 0, 15 моль на литр.Напротив, синильная кислота слабая кислота диссоциирует лишь частично. Концентрация ионов гидроксония, образуемых синильной кислотой, может быть рассчитана на основе ее константы кислотной диссоциации Ka и таблицы концентраций. Начальная концентрация ионов гидроксония равна начальной концентрации соляной кислоты 0, 15 моль на литр, а начальная концентрация цианид-ионов равна нулю.Изменение концентрации ионов гидроксония и цианид-ионов обозначено x. Поскольку x относительно небольшое число, 0, 30 минус x можно приблизить к 0, 30, а 0, 15 плюс x можно приблизить к 0, 15 с использованием правила 5%Ka для синильной кислоты составляет 4, 9 10⁻¹⁰, и она равна концентрации ионов гидроксония, умноженной на концентрацию цианид-ионов, деленную на концентрацию синильной кислоты. Подстановка значений из таблицы концентраций в выражение Ka дает концентрацию ионов гидроксония, образуемых синильной кислотой, которая пренебрежимо мала по сравнению с концентрацией ионов гидроксония, образуемых соляной кислотой.Значение pH можно рассчитать, взяв отрицательный логарифм концентрации ионов гидроксония 0, 15 моль. Следовательно, pH смеси определяется исключительно концентрацией соляной кислоты, сильной кислоты. Точно так же pH смеси двух слабых кислот, присутствующих в равных количествах, будет в первую очередь определяться концентрацией относительно более сильной кислоты.Например, в смеси фтористоводородной кислоты и синильной кислоты фтористоводородная кислота будет основным определяющим фактором pH смеси, поскольку она имеет Ka 3, 5 10⁻⁴, что почти в миллион раз больше, чем Ka синильной кислоты.

15.9:

Смеси кислот

PH раствор, содержащего кислоту, можно определить с помощью постоянной диссоциации кислоты и ее исходной концентрации. Если раствор содержит две разные кислоты, то его pH можно определить одним из нескольких способов в зависимости от относительной силы кислот и их констант диссоциации.

Смесь сильной кислоты и слабой кислоты

В смеси сильной кислоты и слабой кислоты сильная кислота полностью диссоциируется и становится источником почти всех ионов гидрония, присутствующих в раствор. В отличие от этого, слабая кислота проявляет частичную диссоциацию и производит концентрацию гидрония в пренебрежимый. Высокая концентрация ионов гидрония, образуемых сильной кислотой, еще больше снижает диссоциацию слабой кислоты. Это происходит потому, что, согласно принципу Ле Чателье – “когда химическая система в равновесии нарушена, система смещается в направлении, которое минимизирует возмущение”. Избыточные ионы гидрония, производимые сильной кислотой, нарушают равновесие, и, таким образом, реакция будет двигаться в обратном направлении до тех пор, пока не будет установлено равновесие. Это приводит к уменьшению диссоциации слабой кислоты. Из-за этого снижения pH смеси сильной и слабой кислоты может быть рассчитан только на основе концентрации сильной кислоты. Например, pH смеси с равной концентрацией соляной кислоты (HCl), сильной кислоты и формальной кислоты (HCHO2), слабой кислоты, можно определить только по концентрации HCl. Если концентрация HCl в смеси составляет 0.0020 м, его pH можно рассчитать следующим образом.

Eq1

Здесь концентрация ионов гидрония, производимого HCHO2 и автоионизация воды, составляет пренебрежимый, и поэтому ее можно игнорировать.

Смесь двух слабых кислот с различными константами диссоциации

В смеси из двух слабых кислот pH смеси будет определяться более сильной кислотой, если ее константа диссоциации значительно выше, чем более слабая кислота. Например, в смеси с равной концентрацией закиси азота (HNО2) и гипохлорозной кислоты (HClO) HNО2 будет основным определяющим фактором pH смеси, так как ее Ka (4.6 × 10-4) примерно в 10,000 раз выше Ка (2.9 × 10-8) HClO. Согласно принципу Ле Чателье, HClO показывает снижение диссоциации в присутствии HNО2.