15.7 : 弱酸溶液

弱酸，如氢氰酸，是一种 Brønsted 酸，因为它向水分子提供质子 并产生水合氢离子。弱酸根据其酸离解常数 Ka 在水中部分离解，氢氰酸的离解常数 Ka 为 4.9×10⁻¹⁰。对于氢氰酸，Ka 等于 水合氢离子浓度乘以 氰化物离子浓度除以 氢氰酸浓度。酸离解常数 Ka，可用于测定弱酸溶液中的 水合氢离子浓度，从而测定 溶液的 pH 值。0.15M 氢氰酸溶液的 水合氢离子浓度和 pH 值 可以用它的平衡 表达式和 ICE 表来计算。氢氰酸、水合氢和 氰化物的初始浓度和平衡浓度 可以用一个表来表示，该表显示了 每个分子的初始浓度、变化浓度 和平衡浓度。为了达到平衡，反应物的初始浓度 随着产物的初始浓度的 增加而降低，根据它们的 摩尔比。这种反应物和产物浓度的变化 用 x 表示。将平衡浓度代入 Ka 的表达式中得到 x 乘以 x 除以 0.15 减去 x。在许多弱酸中，与 0.15M 的初始浓度 相比，x，离解量，可能非常小。0.15 减去 x 可以假设约为 0.15。当方程求解时，x 等于 8.6 10⁻⁶ M。只有当 x 小于 0.15M 的 5%时，0.15 减去 x 等于 0.15 的近似才有效。这里，x 是 0.15M 的 0.0057%因此这个近似 是有效的。因此，水合氢离子的浓度 为 8.6 10⁻⁶ M。要测定 pH 值，取水合氢离子浓度的 负对数。求解这个值，显示 0.15 M 氢氰酸溶液的 pH 值 为 5.07。溶液的 pH 值可以用来测定 弱酸的 Ka。例如，当醋酸溶解在水中时，它会部分地分解成水合氢离子 和醋酸盐离子。醋酸的 Ka 可以表示为水合氢离子 浓度乘以醋酸盐离子浓度 除以醋酸浓度。如果 0.20M 醋酸溶液的 pH 值为 2.72，则可计算出其水合氢离子浓度，即为 1.9 10⁻³ M。ICE 表可以由醋酸、水合氢离子 和醋酸盐离子的初始浓度 和平衡浓度构成。使用有效数字，0.20 减去 1.9×10⁻³ 基本上等于 0.20。通过将平衡值代入 Ka 表达式，Ka 等于 1.8×10⁻⁵。