弱酸的电离平衡常数(Ka)是描述弱酸电离能力的参数,其计算公式及要点如下:
一、基本公式
对于一元弱酸HA(如醋酸CH₃COOH)的电离平衡: $$\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-$$
电离平衡常数表达式为: $$K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$$
其中:
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$[\text{H}^+]$:电离产生的氢离子浓度
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$[\text{A}^-]$:电离产生的酸根离子浓度
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$[\text{HA}]$:电离前酸的浓度
二、浓度表达式的简化形式
在稀溶液中,若忽略水的电离影响且离子强度较小,可以用浓度直接代替活度,公式简化为: $$K_a = \frac{c^2}{c - c^2}$$
其中c为酸的初始浓度。
三、应用说明
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温度依赖性
与化学平衡常数类似,$K_a$仅与温度有关。温度升高通常会增大弱酸的电离常数。
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比较酸性强弱
$K_a$值越大,表示酸的电离能力越强,酸性越强。例如,醋酸($K_a = 1.8 \times 10^{-5}$)比碳酸($K_a = 4.3 \times 10^{-7}$)酸性强。
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实际应用示例
已知醋酸$K_a = 1.8 \times 10^{-5}$,若某醋酸溶液pH=4,则$[H^+] = 10^{-4} , \text{M}$。设初始浓度为c,根据平衡关系: $$10^{-4} = \frac{(10^{-4})^2}{c - (10^{-4})^2}$$
解得 $c \approx 0.1 , \text{M}$。
四、注意事项
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离子强度影响 :在非稀溶液中,需用活度系数校正离子浓度。
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多步电离酸 :对于分步电离的弱酸(如$H_2SO_3$),需用联合电离常数表达式。
通过以上公式和要点,可系统计算并比较弱酸的电离行为。