电离平衡常数的计算公式根据电解质类型有所不同,以下是主要情况:
一、一般弱电解质的电离平衡常数(Ka/Kb)
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酸的电离平衡常数(Ka)
对于弱酸HA(如醋酸)的电离反应:
$$HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$$公式为: $$K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$$
其中,$[H^+]$和$[A^-]$分别为电离产生的氢离子浓度和酸根离子浓度,$[HA]$为未电离的酸浓度。
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碱的电离平衡常数(Kb)
对于弱碱BOH(如氨水)的电离反应:
$$BOH \rightleftharpoons B^+ + OH^-$$公式为: $$K_b = \frac{[B^+][OH^-]}{[BOH]}$$
其中,$[B^+]$和$[OH^-]$分别为电离产生的阳离子浓度和氢氧根离子浓度,$[BOH]$为未电离的碱浓度。
二、盐类(如酸式盐、碱式盐)的电离平衡常数(Ksp)
对于盐类AB(如$AgCl$、$Fe(OH)_3$)的电离反应:
$$AB \rightleftharpoons A^+ + B^-$$
公式为:
$$K_{sp} = [A^+][B^-]$$
例如:
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氯化银的电离常数:$K_{sp}(AgCl) = [Ag^+][Cl^-]$
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氢氧化铁的电离常数:$K_{sp}(Fe(OH)_3) = [Fe^{3+]][OH^-]^3$
三、水的电离平衡常数(Kw)
水的电离反应为: $$2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$$
公式为: $$K_w = \frac{[H_3O^+][OH^-]}{[H_2O]}$$
在298K时,$K_w = 1.0 \times 10^{-14}$
四、注意事项
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浓度表示 :公式中的浓度需使用电离平衡时的瞬时浓度,而非初始浓度。
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温度影响 :电离常数随温度变化,吸热反应的$K_a$或$K_b$随温度升高而增大,放热反应则相反。
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特殊物质 :如弱酸弱碱的$K_a$或$K_b$需通过实验测定,例如醋酸的$K_a \approx 1.8 \times 10^{-5}$。
通过以上公式,可定量描述电解质在水溶液中的电离程度,是化学平衡和溶液酸碱性的重要理论工具。