【問題】緩衝溶液

[damn5 10]

今天寫化學平衡時遇到了一個問題：

磷酸的三個游離常數大小分別為

Ka1：7.1*10負三次

Ka2：6.3*10負八次

Ka3：4.4*10負十三次

今欲以NaH2PO4和Na2HPO4來配置pH值為7的緩衝溶液，

試求該緩衝溶液中[H2PO4 -]/[HPO4 2-]的比值為若干？

Ans=1.6

這題老實說我想的毫無頭緒，

每當看到這種題目，第一步就是把看題目上是寫誰的Ka或Kb

然後再把那個化學式拿來水解或解離。

像這一題給Ka值的是H3PO4

我就把H3PO4寫成：

H3PO4→H正+H2PO4負

H2PO4負→H正+HPO4二負

HPO4二負→H正+PO4三負

一個一個列了出來

但是我並不知道我為什麼要這樣做？？？

也不知道到底什麼時候該用解離或者是用水解。

緊接著我看了看題目

發現他給的氫離子濃度是10-7M

但又發現每次解離的Ka值都不同

且每次解離都會產生出氫離子

因此總是胡亂算出個值草草了事。

我的問題可能很雜論無章

但還是有請大師解惑。

[glen19901115 10]

K2=[H+][HPO4 2-]/[H2PO4 -]

將[H+] = 10^-7 M , K2 = 6.3*10^-8 代入

運算即可得平衡時,兩物種的濃度比值

[damn5 10]

為什麼是選擇Ka2？

另外我還想要知道為什麼氫離子濃度可以直接用10-7去代它

我所寫的磷酸三個式子中氫離子會逐漸釋放出來

難道不用考慮到同離子效應嗎？

還有一個蠢問題是

為什麼有時候方程式是寫水解，而有時候是寫解離呢？

舉例：

NH3+H2O→NH4正+OH負

HCO3-→H正+CO3二負

像這樣。

[kedvirlins 10]

為什麼是選擇Ka2？

另外我還想要知道為什麼氫離子濃度可以直接用10-7去代它

我所寫的磷酸三個式子中氫離子會逐漸釋放出來

難道不用考慮到同離子效應嗎？

還有一個蠢問題是

為什麼有時候方程式是寫水解，而有時候是寫解離呢？

舉例：

NH3+H2O→NH4正+OH負

HCO3-→H正+CO3二負

像這樣。

令現取H2PO4-……a, HPO42-……b

其中Ka1表磷酸解離成氫離子與磷酸二氫根

Ka2表磷酸二氫根解離成氫離子與磷酸氫根

Ka3表磷酸氫根解離成氫離子與磷酸根

因此本題套用Ka2

步驟如下：

H2PO4- → HPO42- + H+

a....................b ..........0

-x....................+x.........+x

----------------------------------------------

≒a.................≒b.........x …..因為Ka2甚小,向右解離小,x可忽略

代入Ka2=6.3×10-8=bx/a

其中因為所求之pH=7

故x=10-7代入......（不論是否同離子效應，最終氫離子濃度為10-7M，需滿足Ka2）

即可知a,b的比例關係

※KEY：由此可得一個快速計算法…(高中考題常用)

在x可忽略的狀態下…(一般指Ka＜10-5M)

[H+]=Ka×（[反應物酸鹼鹽]/[生成物酸鹼鹽]）

以上僅供參考……

[damn5 10]

令現取H2PO4-……a, HPO42-……b

其中Ka1表磷酸解離成氫離子與磷酸二氫根

Ka2表磷酸二氫根解離成氫離子與磷酸氫根

Ka3表磷酸氫根解離成氫離子與磷酸根

因此本題套用Ka2

步驟如下：

H2PO4- → HPO42- + H+

a....................b ..........0

-x....................+x.........+x

----------------------------------------------

≒a.................≒b.........x …..因為Ka2甚小,向右解離小,x可忽略

代入Ka2=6.3×10-8=bx/a

其中因為所求之pH=7

故x=10-7代入......（不論是否同離子效應，最終氫離子濃度為10-7M，需滿足Ka2）

即可知a,b的比例關係

※KEY：由此可得一個快速計算法…(高中考題常用)

在x可忽略的狀態下…(一般指Ka＜10-5M)

[H+]=Ka×（[反應物酸鹼鹽]/[生成物酸鹼鹽]）

以上僅供參考……

一針見血呀。感謝二位。

[damn5 10]

請允許我再問幾個關於緩衝溶液的問題。

1.在某溫度下，硫酸的第一步游離近乎完全，第二步游離的常數Ka2=10的負二

若將0.5升的2M硫酸與0.5升的2M氫氧化鈉混合，則此溶液的氫離子濃度為何？

ANS=0.095M

對上述題目的瓶頸在於，我不確定它的反應方程式究竟該怎麼寫。

是寫

H2SO4+2NAOH→NA2SO4+2H2O

還是

H2SO4→H正+HSO4負

HSO4負→H正+SO42負

或者兩者都不是。

正因為不會寫他的方程式，所以再解題上造成相當大的負擔。

希望能有大大來替我解惑。

2.已知H2S的Ka1=10的負七，Ka2=1.3*10的負13 則0.1M中的H2S

=[H2S]+[HS-]+[s2-]=0.1M

上述在我的考卷上是正確的。

這題我的疑問是，難道解離的氫離子不用加進來嗎？

3.欲配置pH=11的緩衝溶液，下列何組較為適合？

a.HF+NaF <HF的Ka=6.4*10的負四>

b.CH3COOH+CH3COONa <CH3COOH的Ka=1.8*10的負五>

c.NaHCO3+H2CO3 <H2CO3的Ka1=4.4*10的負七>

d.NaHCO3+H2CO3 <H2CO3的Ka2=10的負十一>

答案是D

然而遇到這種類型，小弟我則毫無招架之力。

願聞各位大大之志...

[kedvirlins 10]

請允許我再問幾個關於緩衝溶液的問題。

1.在某溫度下，硫酸的第一步游離近乎完全，第二步游離的常數Ka2=10的負二

若將0.5升的2M硫酸與0.5升的2M氫氧化鈉混合，則此溶液的氫離子濃度為何？

ANS=0.095M

對上述題目的瓶頸在於，我不確定它的反應方程式究竟該怎麼寫。

是寫

H2SO4+2NAOH→NA2SO4+2H2O

還是

H2SO4→H正+HSO4負

HSO4負→H正+SO42負

或者兩者都不是。

正因為不會寫他的方程式，所以再解題上造成相當大的負擔。

希望能有大大來替我解惑。

2.已知H2S的Ka1=10的負七，Ka2=1.3*10的負13 則0.1M中的H2S

=[H2S]+[HS-]+[s2-]=0.1M

上述在我的考卷上是正確的。

這題我的疑問是，難道解離的氫離子不用加進來嗎？

3.欲配置pH=11的緩衝溶液，下列何組較為適合？

a.HF+NaF <HF的Ka=6.4*10的負四>

b.CH3COOH+CH3COONa <CH3COOH的Ka=1.8*10的負五>

c.NaHCO3+H2CO3 <H2CO3的Ka1=4.4*10的負七>

d.NaHCO3+H2CO3 <H2CO3的Ka2=10的負十一>

答案是D

然而遇到這種類型，小弟我則毫無招架之力。

願聞各位大大之志...

第1題...

H2SO4...→...H+...+...HSO4-

(0.5*2)*2.....................................硫酸之H+mole

-0.5*2 .....................+0.5*2......NaOH酸鹼中和之結果

______________________________

0.................0.............1.................此結果代入下面

(此時硫酸全部解離....故硫酸mole=0)

(第一個H+被中和...故H+mole=0)

HSO4-...→...H+...+...SO42-

1..............................................上面之結果

-X..............+X.........+X................解離

______________________________

1-X............+X.........X................Ka=10^ -2

又溶液總體積=0.5L+0.5L

故...

代入Ka=10^ -2=X^2/1-X.....

X約為0.095mole...

亦即氫離子濃度為0.095M

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

第2題....

pf:

H2S...→...H+...+HS-

0.1

-X............+X.......+X

__________________

約0.1........X.........X......Ka甚小....X^2/0.1=10^ -7

故X=10^ -4

將結果代入下式

HS-...→...H+...+S2-

X............ X............(X=10^ -4)

-Y...........+Y......+Y

__________________

約X........約X........Y......Ka甚小....XY/X=1.3*10^ -13

故Y=1.3*10^ -13

交所求值代回...

0.1+X+Y約=0.1.......得証

結論...

Ka甚小的時候...

酸或鹼+酸式或鹼式鹽+鹽之濃度約為一開始酸或鹼之濃度...

亦即....

似質量守恆關係

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

第3題...

以下是我的看法...

根據之前所問(上幾層樓的問題)...

有關緩衝溶液...

我提出的結論....

在一般高中課程中...

Ka=[H+]*[A-]/[HA]

故....

現已知Ka與[H+]=10^ -11

找[A-]/[HA]比例值最合適者...

比如( A )選項...

欲滿足[H+]=10^ -11....

則[F-]/[HF]需高達10^6~10^7....

配製上有所困難...

因此(D)為最方便配製者(因比例為1:1)......

------------------------------------------------------------------------------------------------------

以上僅供參考...

若有錯誤敬請原諒....

[00 10]

第一題

該溶液其實是1M的NaHSO4溶液，NaHSO4可視為Ka=10^-2的單質子酸，這樣想就不難了。（計算過程樓上已經給了）

這類的題目建議複習滴定曲線，較易弄清楚觀念。

第二題

多少H2S解離，就產生多少HS-，多少HS-解離，就產生多少S2-，總和當然不變，跟Ka多少一點關係也沒有。

第三題

題目可能抄錯了，應該是用Na2CO3和NaHCO3配，至於詳解，樓上已給出。

[damn5 10]

第1題...

H2SO4...→...H+...+...HSO4-

(0.5*2)*2.....................................硫酸之H+mole

-0.5*2 .....................+0.5*2......NaOH酸鹼中和之結果

______________________________

0.................0.............1.................此結果代入下面

(此時硫酸全部解離....故硫酸mole=0)

(第一個H+被中和...故H+mole=0)

這行列式我不太了解。

為什麼知道硫酸的氫離子莫爾數後

箭號右邊卻沒有數值呢？

還有關於氫氧化鈉中和的結果那一行

硫酸的氫離子莫爾數知道是2

而-0.5*2之後應該還會剩下一莫爾硫酸才對啊

可是結果卻不然。

有些微雜亂，還請大大替我解惑。:D

[kedvirlins 10]

這行列式我不太了解。

為什麼知道硫酸的氫離子莫爾數後

箭號右邊卻沒有數值呢？

還有關於氫氧化鈉中和的結果那一行

硫酸的氫離子莫爾數知道是2

而-0.5*2之後應該還會剩下一莫爾硫酸才對啊

可是結果卻不然。

有些微雜亂，還請大大替我解惑。:D

抱歉...

我表達不夠清楚...

一開始只有硫酸...

故最多解離出0.5*2*2=2mole的氫離子...

而其中的0.5*2=1mole被氫氧化鈉中和成水...

另外的1mole就是第一個氫原子中和後(因為硫酸是雙質子)...

所剩餘的硫酸氫根....

我想用文字表達一下應該會更清楚....

同時也感謝damn5來我的無名參訪...

謝謝你的祝福...:E

[damn5 10]

哪裡，你謙虛了，謝謝指教。