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碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)

2018-01-30 15:14阅读:
碳酸铵与碳酸铵溶液氢离子浓度的计算(二)
碳酸铵溶液中氢离子浓度计算
从化学数据手册中都可以查到,(NH4)2CO3·H2O为白色晶体,在58时分解。它易溶于水。[1]
常温下这种晶体可以稳定存在,且属于易溶的物质。
计算所需的数据仍是H2
CO3Ka1=4.30×10-7Ka2=5.61×10-11。而NH4+Ka=5.64×10-10[2]
看起来这个物质只由一个质子酸(NH4+离子)及一个质子碱(CO32-离子)组成的,应该是一个比较容易处理的、类似于NH4Ac溶液的简单体系。
实则不然,(NH4)2CO3NH4Ac间的最大区别在于,Ac-离子是一个较弱的质子碱,而CO32-离子是一个很强的质子碱,并且是一个多元的碱。
如果,如下的酸碱反应(7)能够进行完全的话,由于体系中还会有大量的NH4+离子,是否还继续有反应(8)呢?
NH4++CO32-+H2O=NH3·H2O+HCO3- ……(7
NH4++HCO3-+H2O=NH3·H2O+H2CO3 ……(8
总之,这也是一个很复杂的体系。
在一般情况下,对某一溶液进行[H+]的近似计算,其核心在于先判断出其化学组成,及所属的溶液类型(一元酸碱、还是多元酸碱,两性溶液、还是缓冲溶液……),然后根据溶液浓度、所涉及的平衡常数大小及所允许的计算误差,选用合适的近似计算公式。
如果,就把这个(NH4)2CO3溶液当作是一个两性溶液,那也不能直接套用最简式, 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)。因为这个公式仅适用于酸、碱组成比为1:1的两性物质。
(NH4)2CO3这样,酸碱比为2:1的物质,必须要用特殊的方法来处理。可以看到的方法有两个。
1.分析化学教材中的处理方法[4]
在写出其质子条件式,[H+]+[HCO3-]+2[H2CO3]=[NH3]+[OH-],的前提下。他们认为,因为溶液呈弱碱性,所以[H+][H2CO3]项可忽略。当溶液浓度不太小时,[OH-]项可忽略。
这样质子条件式可简化为[HCO3-][NH3]。(这实际是只考虑反应(7))
然后又在只考虑CO32-离子的一级解离的情况下,从简化后的质子条件式得出(具体推导过程可见原教材)下式, 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)
并就0.10mol·L-1(NH4)2CO3溶液,给出计算的结果为:
碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)
可见,这类计算都需要具体问题、具体分析,然后个别处理。是相当麻烦的。
2.化学专著中的处理方法[5]
作者在认为定反应(7)是主要反应的情况下,用化学平衡计算的方法来处理。
也是对0.10mol·L-1 (NH4)2CO3溶液。当设下面平衡产物端物质的平衡浓度均为xmol·L-1)时,有
NH4+ +CO32- =NH3 +HCO3-
平衡浓度 0.2-x 0.1-x x x
这个反应的平衡常数为 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)
所以有, 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)
从这个一元二次方程可解出,[NH3]=[HCO3-]=x=0.092mol·L-1
[NH4+]=0.2-0.092=0.108mol·L-1)。
这样就有, 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)mol·L-1)。
(其实这就是一个缓冲溶液的计算公式)
当然,考虑[CO32-]=0.1-0.092=0.008mol·L-1)。也会有, 碳酸氢铵与碳酸铵溶液中氢离子浓度的计算(二)

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